光纖和硅基波導(dǎo)的3模復(fù)用解復(fù)用器的研究.pdf

1、模分復(fù)用系統(tǒng)利用少模光纖來應(yīng)對單模光纖面臨的香農(nóng)極限問題，將模式作為傳輸信道，能夠成倍的增加光通信系統(tǒng)的傳輸容量。模式復(fù)用解復(fù)用器作為模分復(fù)用系統(tǒng)的重要器件，能夠?qū)崿F(xiàn)基模與高階模的相互轉(zhuǎn)換，同時將多個模式復(fù)用/分離進入一個或多個波導(dǎo)。本文結(jié)合國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，基于理論分析及仿真結(jié)果，分別對光纖型和波導(dǎo)型的模式復(fù)用解復(fù)用器進行研究。本文的主要工作如下:
　　(1)從光纖和矩形波導(dǎo)出發(fā)，研究光在兩種不同結(jié)構(gòu)波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ教匦?，并對?/p>

2、導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ竭M行仿真和分析。同時對波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ秸恍砸约袄民詈夏＠碚搶Σ▽?dǎo)間各個模式發(fā)生耦合及轉(zhuǎn)換進行了詳細的推導(dǎo)。
　　(2)介紹一種錐形光纖型三模式（解）復(fù)用器，它能夠同時實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換以及模式（解）復(fù)用。利用COMSOL軟件對該器件進行仿真分析，得到該器件分別實現(xiàn)模式復(fù)用和解復(fù)用時輸入端及輸出端的光場分布圖。提出通過計算復(fù)用器輸出端光場與標準模式場的重疊積分值以及解復(fù)用器各個輸出端口光功率比值得到該器件實現(xiàn)模式復(fù)用/解

3、復(fù)用的效率，并且分析了改變器件結(jié)構(gòu)對實現(xiàn)模式（解）復(fù)用效率的影響。結(jié)果表明:當復(fù)用器拉錐長度為3.88cm時實現(xiàn)模式復(fù)用的效果最好，輸出端的三個模斑與其對應(yīng)的標準模式場的相似度分別為0.8991、0.6834、0.5080;改變拉錐長度對LP01模向LP01、LP11a模的轉(zhuǎn)換沒有太大的影響，但是對LP01模向LP11b模的轉(zhuǎn)換影響較大;解復(fù)用器長度為3.8931cm時實現(xiàn)解復(fù)用的效果最好，各個模式經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在輸出端對應(yīng)的端口光強為最大

4、。
　　(3)利用FDTD(Finite Difference Time Domain)算法分別對條形波導(dǎo)和脊型波導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu)下的模分復(fù)用解復(fù)用器進行設(shè)計及仿真，得到了器件內(nèi)實現(xiàn)模式復(fù)用解復(fù)用時的光場傳輸圖，通過計算解復(fù)用器輸出端各個端口輸出的能量比值得到損耗以及串擾，并且討論了改變器件結(jié)構(gòu)及工作波長對串擾的影響。結(jié)果表明:兩種結(jié)構(gòu)下的模分復(fù)用解復(fù)用器的損耗均小于1dB，串擾均低于-20dB;在1.55μm波長處滿足相位匹配條件，模