渦旋光纖的理論研究與設計.pdf

1、光纖通信容量的需求日益增長，而標準單模光纖的傳輸容量受到了香農極限的限制，空分復用成為了一種有效提高光纖通信容量的方式。渦旋光束具有相位或偏振奇點，其波前相位是螺旋形狀分布。作為具有相位奇點的一種渦旋光束，具有軌道角動量(OAM，Orbital angular momentum)的模式在理論上有無限多的正交基，利用其正交性作為復用機制，可以有效地提升光纖的傳輸容量。在光纖中穩(wěn)定傳輸OAM模式需要解決光纖中模式簡并的問題，即把同一標量LP

2、模式組內的矢量模式進行簡并分離，獲得可以在光纖中長距離穩(wěn)定傳輸?shù)臏u旋模式。
　　本文針對光纖中矢量模式簡并分離的問題，基于對階躍型光纖結構、空氣芯光纖結構和倒拋物線折射率分布結構這三種光纖模式特性的對比分析，提出了倒拋物線環(huán)形芯結構光纖，并對其進行了系統(tǒng)的分析。首先，綜合分析了倒拋物線型結構的纖芯層參數(shù)對模式特性的影響，在一定范圍內對于LP11模式組與LP21模式組來說，矢量模式的有效折射率會隨著纖芯半徑的減小而依次截止，模式間的

3、有效折射率差會在纖芯半徑趨于截止的臨界值附近達到最大值。模式間的有效折射率差與纖芯的倒拋物線特征參數(shù)存在復雜的依賴關系。之后，在倒拋物線型纖芯結構的外側增加了高折射率層和低折射率層，并分析了各個參數(shù)對模式特性的影響。得到的最優(yōu)參數(shù)使得該光纖結構可以實現(xiàn)較大的有效折射率差，同時可以保證較大的有效模場面積。在波長為1550nm處，LP11模式組的有效折射率差最高可達到7.2×10-4，LP21模式組的有效折射率差可達到3.1×10-4，有效