用于光纖模分復用的光纖模式變換和模分復用技術研究.pdf

1、近年來，在現有的長距離光纖通信系統(tǒng)中，單模光纖傳輸系統(tǒng)的通信容量得到大幅度的提升，然而，人們對于帶寬的需求要遠遠大于單模光纖傳輸系統(tǒng)帶寬度的增加。為了解決不斷出現的“帶寬消耗”型業(yè)務對光傳送網帶來的巨大壓力，人們通過各種辦法提高現有的光傳輸容量。由于單模光纖自身固有的非線性效應限制，以現在的趨勢發(fā)展下去，單模光纖可能在不遠的將來就要達到“帶寬耗盡”，模分復用技術因此應運而生了。模分復用技術利用多模光纖中有限的穩(wěn)定模式作為獨立信道傳遞信息

2、，可以成倍的提高系統(tǒng)容量和頻譜效率，是構建未來光網絡的關鍵技術之一。本文的研究工作主要針對基于多模光纖的模分復用技術進行研究。
　　本文研究內容主要可以分為以下三個部分:
　　第一部分是針對模式理論的研究及BPM(Beam-Propagation-Method)算法理論的分析推導，對模式的本質、多模干涉效應、少模光纖的傳輸特性等進行了深入的研究。并且從Maxwell方程組出發(fā)，經過Pada近似、Crank-Nicholson

3、差分，最終得到BPM差分方程。
　　第二部分是針對現有模分復用傳輸系統(tǒng)解決方案的研究和分析，按照所用器件的不同可以將現有技術歸納為兩大類:一是基于光纖結構的模分復用，此類技術是利用光纖的傳輸特性在多模光纖中激發(fā)可以作為獨立傳輸通道的高階模式，結構簡單、耦合效率高;二是基于空間光學元件的模分復用，此類技術是通過一些分立光學元件（如透鏡）來實現模分復用，從結構上來看，比全光纖結構模分復用系統(tǒng)復雜，但可以利用現有的一些成熟技術，易于實現

4、。
　　第三部分是針對全光纖LP02模式轉換器的研究，這種轉換器是基于多模光纖中的多模干涉效應的，其基本結構由單模光纖(SMF)與少模光纖(FMF)之間用一段多模光纖(MMF)之間連接組成，該模式變換器結構簡單，可逆且偏振獨立，帶寬大，消光比高，耦合效率高，易于實現，在未來模分復用系統(tǒng)中具有良好的應用前景。而且因其可逆性，逆向使用又具有模式過濾功能，可以用于模式解復用。本文利用光束傳播法對這種LP02模式轉換器進行了仿真模擬，重點