低串扰大模场面积多芯光纤的设计与优化

当前光通信网络正朝着大规模、大容量的方向迅速发展,传输带宽所面临的巨大增长压力对通信光纤提出了更高的要求。在此背景下,基于空分复用的多芯光纤充分利用了空间维度,可以有效解决传统单模光纤的理论传输容量极限导致的容量紧缩问题,而大容量传输系统要求多芯光纤具有低串扰大模场面积的光学特性。通过采用光束传输法和有限元法模拟仿真了多芯光纤中各结构参量对芯间串扰和有效模场面积的影响,并利用两种不同参数的多芯光纤进行了实验验证,对芯间距、纤芯/沟道的尺寸和折射率进行了优化,在理论上完成了串扰小于-45dB、模场面积大于130μm2多芯光纤的设计。     

一种具有低串扰抗弯曲的单沟槽十九芯单模异质光纤

飞速增长的光通信容量需求推动着光纤技术的发展,基于空分复用技术的多芯光纤作为突破传统单模光纤容量限制的方法引起了广泛的关注.本文将纤芯异质结构与低折射率沟槽结合,设计了1种具有低串扰的十九芯单模光纤结构,该结构由环绕沟槽的3种不同参数的纤芯按正六边形排布构成,在C+L波段能实现稳定单模传输.研究结果表明:在波长为1.55μm时,通过在沟槽中进行掺氟处理,可以使光纤的芯间串扰降低至–39.52 d B/100 km.此外在弯曲半径为100 mm时,弯曲损耗为–7.7×10(–5) d B/m且色散低于24 ps/(nm·km).纤芯中基模的有效模场面积约为80μm2,有利于降低非线性效应.与传统单模光纤及单沟槽同质结构光纤相比,该结构具有更低的串扰、更好的抗弯曲性能和更大的模场面积.本文设计的光纤适用于空分复用系统中远距离大容量的传输.     

低串扰大模场面积多沟槽辅助六芯光纤的研究

为提高光纤的传输容量,并获得更佳的传输性能,设计了一种三层沟槽辅助的低串扰大模场面积的同质六芯光纤,该结构将多芯光纤的每个纤芯用三层低折射率的沟槽包裹,并在包层中添加隔板结构.通过COMSOL、Rsoft软件进行仿真,就纤芯半径、包层折射率、沟槽深度、沟槽宽度对芯间串扰和模场面积的影响进行了研究.结果表明,在波长为15...     

基于七芯光纤和少模光纤拼接结构的曲率传感测量

利用光纤在不同弯曲曲率下的不同形变,提出并验证了一种基于七芯光纤和少模光纤的新型光纤曲率传感器。分别制作了三种不同结构的传感器,利用快速傅里叶变换分析了它们的干涉模式,获得波长的传感灵敏度分别为6.33,30.83,15.96 nm/m,强度的传感灵敏度分别为8.57,25.65,1.96 dB/m。     

一种沟槽辅助气孔隔离的低串扰高密度异质多芯少模光纤

以单模光纤为基础的传统光通信系统的容量已趋近其理论极限,多芯少模光纤是突破现有传输容量瓶颈的一种有效方式.本文设计了一种低串扰5-LP模的弱耦合异质芯7芯光纤,采用沟槽辅助和气孔隔离相结合的方法,在标准125μm外径的情况下实现了芯间和模间的低串扰.利用有限元法计算了纤芯之间的串扰、有效模面积等.经过设计优化,光纤在光通信C+L波段可以稳定传输5个LP模式,其中LP₂₁与LP₀₂模之间的有效折射率差最小,且大于1.1×10^–3;光纤中LP₃₁模式的芯间串扰最大且低于–50 dB/km,因此该光纤可以同时实现模间和芯间的低串扰传输. 7个纤芯中5个LP模的有效模面积均大于86μm~2,在波长1550 nm处相对纤芯复用因子为57.63,该光纤可用于大容量高速光纤传输系统.     

利用Kagome光纤实现多芯光子晶体光纤的输出合束

多芯光纤的输出光束只能在远场和焦点附近实现良好的同相位超模合束,这种超模传输特性大大影响了多芯光纤的应用范围.一种新型中空Kagome光纤为解决这一难题提供了可行的方案,利用中空Kagome光纤可以实现七芯光纤输出模式的整形合束.本文利用中心波长800 nm的钛宝石飞秒激光作为激光源,耦合入七芯非线性光子晶体光纤,得到700 nm至1050 nm的展宽光谱,并实现同相位超模输出.随后,将非线性展宽之后的宽谱七芯光束耦合至Kagome光子晶体光纤中,从Kagome光纤输出光斑呈高斯分布的模式传输,不再演变回七芯模式,耦合效率71%.实验还进一步验证此方法适用于不同结构的多芯光纤,为多芯光纤在高功率激光等领域的应用提供了参考.     

一种实现高功率输出的新型光纤激光器

介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法--采用螺旋芯光纤,这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中.介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力,以及目前的理论与实验研究现状.基于该光纤,提出了一种光纤激光器相干合成新思想.     

一种实现光纤激光器高功率输出的方法

介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法——采用螺旋芯光纤，这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中。介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力，以及目前的理论与实验研究现状。基于该光纤，提出了一种光纤激光器相干合成新思想。     

基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感特性研究北大核心CSCD

提出了一种基于无芯-少模-无芯光纤结构的温度传感器,对传感器进行了理论分析和实验研究。该传感器将无芯光纤(coreless fiber,CLF)与少模光纤(few-mode fiber,FMF)同轴熔接,构建无芯-少模-无芯的光纤结构,结构两端熔接单模(single mode fiber,SMF)光纤作为输入输出光纤,第1段无芯光纤与单模光纤的模式失配起到激发高阶模的作用,少模光纤中的LP01与LP11两种模式沿少模光纤纤芯传输,在第2段无芯光纤的作用下LP01与LP11两种模式重新耦合回单模光纤,LP01与LP11两种模式发生干涉,形成干涉光谱。当外界温度变化时,两种模式的光程差发生变化,干涉光谱的干涉波谷发生漂移,选取2个不同的干涉波谷作为特征波长,进行实验分析。实验结果表明:波长在1550 nm和1534 nm附近的干涉谷均发生红移,相应的温度灵敏度分别为68 pm/℃和44.5 pm/℃。该传感结构制作简单、灵敏度高,有很好的应用前景。     

一种实现光纤激光器高功率输出的方法

 介绍了一种实现光纤激光器高功率输出的新方法——采用螺旋芯光纤，这种光纤是在光纤制作过程中按照一定的弯曲半径使纤芯呈螺旋状排布在光纤包层中。介绍了这种螺旋芯光纤的原理和其提高输出功率的能力，以及目前的理论与实验研究现状。基于该光纤，提出了一种光纤激光器相干合成新思想。     

基于非线性光纤环形镜的少模脉冲幅度调制再生器

随着网络带宽需求的快速增加,波分复用系统的容量已接近非线性香农极限.为了适应未来网络的发展,空分复用技术引起了越来越多的关注.本文首次提出基于少模非线性光纤环形镜(FM-NOLM)的脉冲幅度调制(PAM)全光再生器,描述了其工作原理和具体设计过程.采用COMSOL软件对组成FM-NOLM的硫化物高非线性光纤进行了模式特性仿真.以LP01,LP11,LP21三个光纤模式为例,确定了再生器的参数,计算出每个模式的功率转移函数曲线.仿真分析了该少模PAM-4全光再生器的噪声抑制(NRR)性能,并与单模情形进行了比较.研究表明,1)对于每个空间模式的PAM信号,所有再生电平具有一致的功率转移性能;2)当输入信噪比(SNR)约大于20 dB时,三种模式的噪声抑制比均可超过3 dB,并随着输入信噪比线性增加,其斜率约为1.2;3)在相同输入SNR条件下,三种模式的噪声抑制比相差不大,不超过1.1 dB.为了说明再生器的再生性能,当输入SNR为25 dB时,我们还给出了再生前后PAM-4信号的功率分布直方图.与现有的再生方案相比,本文方案的均匀多电平再生转移性能,使其更适合高频谱效率的长距空分复用系统和任意电平数的PAM信号再生.此外,该方案也能够扩展到波长域,有效提高光通信系统的传输容量.     

七芯及十九芯大模场少模光纤的特性研究和比对分析

提出了一种新型的多芯大模场少模光纤.包含缺失空气孔的特殊结构使其具有独特的少模特性, 仅传输HE₁₁模和HE₂₁模.分析表明七芯大模场少模光纤能维持稳定的双模式运转, 且基模有效面积可达866.54 μm². 系统研究了光纤结构参数影响模式特性和基模有效面积的规律, 并分析了纤芯数目增加带来的性能相似性和差异性–-进阶的十九芯大模场少模光纤在继承少模特性的同时, 模场面积大大增加, 其基模有效面积可高达3617.55 μm². 对比已报道的少模光纤, 多芯大模场少模光纤获得了更大的有效面积, 并具有良好的弯曲特性, 有望被用于更高功率的光纤放大器、光纤激光器以及高速大容量光纤传输系统中. 关键词： 少模光纤 多芯 大模场面积 弯曲损耗     

基于少模光纤的模分复用系统多输入多输出均衡与解调

针对光纤模分复用传输系统中模式耦合串扰问题, 设计并制备了一种新型少模光纤, 其较高的模式差分群延时保证各模式信道独立传输.在此基础上, 提出一种级联多输入多输出(MIMO)延时均衡算法, 进一步减少源于模式复用器和解复用器的模式串扰, 提高基于少模光纤的模分复用传输系统的传输距离和传输容量.与传统MIMO均衡算法相比, 级联MIMO延时均衡算法在没有显著增加计算复杂度的条件下, 能够应用于模式差分群延时很大的模分复用传输系统.对单信道传输速率为 40 Gbps的四相相移键控两模复用传输系统进行仿真, 经40 km少模光纤传输后, 采用级联MIMO均衡算法较普通MIMO均衡算法有1.7 dB的质量因子的提升. 仿真结果证明, 使用少模光纤和级联MIMO延时均衡算法能够有效地消除模分复用信号间的串扰, 有望在下一代大容量光纤传输系统中获得 推广应用. 关键词： 模分复用 少模光纤 模式差分群延时 多输入多输出均衡     

少模光纤的弯曲损耗研究

随着光纤通信容量的不断增加, 基于少模光纤的模分复用技术由于其多信道复用、 高频谱效率及低非线性效应成为目前提高光纤通信容量的研究热点. 本文推导得到了适用于少模光纤中高阶模式弯曲损耗的计算公式, 系统研究了下陷层辅助弯曲不敏感抛物线型少模光纤的主要参数(包括芯层半径、芯层到下陷层距离、下陷层宽度及下陷层折射率差)对其弯曲损耗特性的影响. 研究表明: 对于少模光纤, 模式阶数越高, 光纤的弯曲敏感性越高; 随纤芯与下陷层间距离的变化, 光纤各阶模式的弯曲损耗均存在一个最小值. 本文结论对弯曲不敏感少模光纤的设计、制造及少模光纤弯曲性能优化具有指导意义.     

Applications of weakly-coupled few-mode fibers[Invited]

Space-division multiplexing(SDM) has attracted significant attention in recent years because larger transmission capacity is enabled by more degrees of freedom(DOFs) in few-mode fibers(FMFs) compared with singlemode fibers(SMFs).To transmit independent information on spatial modes without or with minor digital signal processing(DSP),weakly-coupled FMFs are preferred in various applications.Several cases with different use of spatial DOFs in weakly-coupled FMFs are demonstrated in this work,including single-mode or mode-groupmultiplexed transmission,and spatial DOFs combined with time or frequency DOF to improve the system performance.     

空分复用光纤放大器增益均衡技术研究进展

随着第五代移动通信技术的正式商用,全球网络流量的需求呈爆炸式增长,传统单芯单模光纤通信系统的容量已接近香农极限,实现通信系统的升级扩容迫在眉睫。空分复用光纤通信系统基于空间维度复用,可有效解决未来通信系统的扩容难题,而空分复用光纤放大器是不可或缺的核心器件和研究焦点之一。当多信道功率增益不均衡时,功率差将会随传输距离的增加不断累积,导致中断概率和接收端误码率升高,最终直接影响系统的传输性能,如何实现增益均衡是空分复用光纤放大器所必须解决的关键问题。依据目前已报道的理论与实验研究,从光纤结构设计、折射率掺杂剖面优化和泵浦方式选择等多角度阐述了空分复用光纤放大器增益均衡的工作原理、特点和不足,从而为空分复用光纤通信系统的优化设计和性能的提升提供解决思路与技术方案。     

纤芯圆对称分布多芯光纤的耦合特性

通过将标准单芯单模光纤与纤芯圆对称分布的多芯光纤的一个纤芯对准熔接后,再在多芯光纤任意位置进行热熔融拉锥,实现多芯光纤光功率的高效耦合注入和光功率在各个纤芯中分布比例的控制,解决了由于多芯光纤结构的特殊性引起的光源光功率难于直接注入的问题。基于光纤耦合模理论建立多芯光纤各纤芯之间的耦合模方程,得到各个纤芯中光功率与耦合长度之间的关系曲线,并与实际耦合实验结果对比,验证该方法可行。研究结果可为多芯光纤光学器件的发展提供潜在的应用价值。     

Mode division multiplexing: from photonic integration to optical fiber transmission [Invited]

To overcome the capacity crunch of optical communications based on the traditional single-mode fiber(SMF), different modes in a few-mode fiber(FMF) can be employed for mode division multiplexing(MDM). MDM can also be extended to photonic integration for obtaining improved density and efficiency, as well as interconnection capacity. Therefore, MDM becomes the most promising method for maintaining the trend of "Moore's law" in photonic integration and optical fiber transmission. In this tutorial, we provide a review of MDM works and cutting-edge progresses from photonic integration to optical fiber transmission, including our recent works of MDM low-noise amplification, FMF fiber design, MDM Si photonic devices, and so on. Research and application challenges of MDM for optical communications regarding long-haul transmission and short reach interconnection are discussed as well. The content is expected to be of important value for both academic researchers and industrial engineers during the development of next-generation optical communication systems,from photonic chips to fiber links.     

白光干涉双环传感网络理论与实验研究

构造了一种基于双环形拓扑结构的白光干涉光纤传感网络．可用于智能结构中准分布应变或温度的测量。光纤传感网络基于空分多路复用技术(SDM)．目的是增强带载能力．降低单点传感器的测量成本,并借助丁双端口问询技术．增强传感网络的抗毁坏能力。分析了环形网络结构的低相干多路复用原理．根据空分复用的光程匹配条件．推导了传感器干涉信号的强度特性。实验中对连接9个传感器的双环传感网络特征及其抗损坏特性进行了验证．并对实验结果进行了分析和讨论。