组合光纤中受激拉曼散射和四波混频研究

在抽运光和耦合条件不变的情况下,研究了熔接组合的非零色散位移单模光纤(NZDSF)和标准单模光纤(SMF)中的受激拉曼散射(SRS)和四波混频(FWM)产生和传输特征。采用532 nm脉冲激光抽运NZDSF,从20 m处开始产生以LP₀₁模传输的SRS第一级Stokes光;紧接着在30 m处产生了FWM,SRS受到FWM抑制,传输模式逐渐转化为LP₁₁模;经过80 m处熔接点后,由于熔接处双锥光纤结构使光场模式互相干涉,光波模式恢复为LP₀₁模,FWM受到抑制。该现象和机理有利于抑制密集波分复用(DWDM)系统中光学非线性失真和促进光孤子通信系统的发展。     

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。     

实用化少模光纤的研究

针对大容量光纤通信系统,设计了一种实用化的椭圆纯硅芯少模光纤,给出了光纤的设计原理与参考标准,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤的传输特性.在1.4~1.65μm波长处,光纤处于稳定的HE_(11)和HE_(21)双模运转,模式有效折射率差大于1.8×10~(-3),避免了模间耦合和串扰;在工作波长1.55μm处,HE_(11)和HE_(21)模的色散系数分别为19.61和4.41ps/(nm·km),色散斜率分别为0.048和0.002ps/(nm~2·km),模场面积分别为97.17和143.96μm2,模式的衰减系数均小于0.21dB/km.该光纤的传输特性基本符合G.652和G.655光纤标准,可利用现有成熟的"预制棒拉丝工艺"制备,同时与波分复用技术相结合可以成倍提升光网络的传输容量,对于下一代通信网络带宽的提升具有重要意义.     

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     

基于SPGD算法的少模光纤耦合解复用系统动态湍流补偿仿真

在空间光通信系统中,激光在大气中传输时容易受湍流效应影响,且接收端往往使用模场半径极小的单模光纤进行空间光耦合,导致光纤耦合效率降低,影响通信系统性能.为了提高接收端光纤耦合效率,结合随机并行梯度下降(SPGD)算法和少模光纤耦合解复用系统对动态湍流所引起的波前相位畸变进行补偿校正,并实现了传输距离为5 km的空间光通信数值仿真.仿真结果表明:在不同的湍流强度和风速条件下,未经SPGD算法校正时,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.5 dB～1.5 dB,相对标准差降低了0.03～0.4;经过SPGD算法校正后,两模光纤的耦合效率比单模光纤提高了0.4 dB～2.2 dB,中强湍流下,相对标准差降低了0.1～0.2.因此在空间光通信中,采用少模光纤进行耦合接收比单模光纤具有更好的耦合效果,有利于提高通信系统稳定性.     

光子灯笼模分复用系统MIMO-free高速传输实验

为考察无需多输入多输出模分复用系统的高速信号传输能力,采用模式选择光子灯笼型模式复用/解复用器构建了2×100 Gb/s双偏振正交相移键控模分复用通信实验系统,系统中用到的少模偏振控制器状态可由LP₀₁和LP_11b两个模式信道的信串比参数准确表征。测试了系统误码率与信串比关系,实现两个信道纠后无误码传输的条件为信串比约大于8 dB。当两个信道的信串比分别为14.25 dB和13.81 dB时,与背对背收发系统相比,纠后无误码阈值(10^-2)的接收光功率代价分别为1.40 dB和4.76 dB。分析了光纤衰减、偏振模色散和模式串扰对高速传输系统的影响,估算了串扰受限系统可支持的少模光纤传输距离约为30 km。     

空间光到少模光纤的耦合效率及影响因素

建立了不同影响因素下空间光-少模光纤耦合效率的理论模型.以两模光纤为例分析了相对孔径对耦合效率的影响,当相对孔径为0.17时,耦合效率最高为82.96%.研究了倾斜、离焦、随机角抖动等因素对少模光纤耦合效率的影响.实验测得当横向偏移量为4μm时,两模光纤的耦合效率比单模光纤高10.23%;当轴向偏移量为125μm时,两模光纤的耦合效率比单模光纤高11.24%;当随机抖动幅度标准差为5μm时,两模光纤的耦合效率比单模光纤高12.1%.结果表明少模光纤对信号光接收过程中的干扰因素如倾斜、离焦和随机角抖动都有很好的抑制作用.     

基于碲酸盐的新型单芯光子晶体光纤偏振分束器

提出了一种基于ZnTe碲酸盐玻璃的单芯光子晶体光纤偏振分束器.在外侧包层纤芯对称位置引入缺陷孔,使缺陷模和纤芯基模发生耦合以实现光束分离.采用全矢量有限元法对所提出的单芯光子晶体光纤偏振分束器的特性进行研究,结果表明:该分束器可以实现1.3μm和1.55μm波长光的分离,并使光束沿X和Y偏振方向同时传播;当光纤长度为15mm时,1.3μm和1.55μm处的串扰值分别低至-45.1dB和-40.2dB,小于-20dB的带宽分别为44.2nm和67.1nm;在传输波长1.3μm和1.55μm处的损耗值为0.063dB和0.048dB;偏振分束器在具有低串扰值的同时,具有较低的限制损耗.     

低差分模式群时延少模光纤的变分法分析及优化

基于少模光纤的模分复用技术可使传输容量增加数倍,是目前光纤通信系统的研究热点.当复用模式数量较多时,模式之间的串扰可在接收端采用多输入多输出数字信号处理算法解决.差分模式群时延(DMGD,DMGD)越大,算法复杂度越高,为了降低接收机的复杂度需要使用低DMGD的少模光纤.本文提出了使用变分法分析任意芯层折射率高于包层的少模光纤,推导出了这类光纤中基模的模斑尺寸、各个模式归一化传播常数、相对于基模的DMGD的解析表达式,以及它们与归一化频率和光纤制造参数的关系.在此基础上,以梯度型少模光纤为研究对象,优化了光纤参数,得到能够传输前6个LP模,在C和L波段|τ_DMGD|<15 ps/km的少模光纤的优化参数为:最大芯层折射率与包层折射率之差n₁-n₂=0.01,纤芯半径a=14μm,折射率分布指数α=1.975.最后讨论了光纤制造误差对DMGD的影响.     

超低损耗低非线性平坦色散光子晶体光纤优化设计

以二氧化硅为基材,优化设计了一种圆空气孔六角点阵光子晶体光纤,通过减小纤芯内层6个小空气孔以增加模场面积,降低非线性系数.采用时域有限差分法结合完美匹配层吸收边界条件,对该光纤色散、非线性、约束损耗和基模模场与光纤结构参数之间的关系进行了数值分析.结果表明,该光纤呈现一定的超低损耗低非线性色散平坦特性,其在最优结构参数下通信波长处的约束损耗小于10-7 dB·km~(-1),在波长1.55μm和1.31μm处约束损耗分别为2.93×10-8 dB·km~(-1)和7.33×10~(-1)0dB·km~(-1),且波长从1.05μm到1.65μm色散值大约为0±1.7ps·km~(-1)·nm~(-1),呈现双零色散点和较长波长范围的色散平坦特性.在低损耗通信波长1.55μm附近非线性系数约为4.88km~(-1) W~(-1).该光纤呈现的超低损耗低非线性平坦色散能力,可用于长距离大容量高速光通信系统.     

楔形光纤与半导体多量子阱平面光波光路芯片的耦合分析

采用楔形光纤(WSF)实现了与半导体多量子阱(MQW)平面光波光路(PLC)芯片的高效耦合。在多量子阱-平面光波光路前置模斑转换器(SSC)和不加模斑转换器的情况下,用阶梯串联法(SCM)数值模拟并优化设计了楔形光纤-平面光波光路间最佳耦合参量:楔形光纤楔角45°、端面圆柱透镜曲率半径2.5μm、模斑转换器-多量子阱-平面光波光路出射椭圆光斑长半轴3.5μm、纵横比5、楔形光纤-平面光波光路间垂直方向和水平方向无偏移、纵向间距5.5μm。用反向推演法(IDM)实验分析了楔形光纤样品的出射光场,与阶梯串联法(SCM)计算结果相比长轴误差为3.125%,短轴误差为0.8%。建立楔形光纤-平面光波光路-单模光纤(SMF)的耦合实验系统,在1.55μm波长处以单模光纤作为出纤的相同条件下,发现楔形光纤激励入射平面光波光路比单模光纤和锥形透镜光纤(TLF)作为入纤的耦合效率分别提高了24.827 dB和16.22 dB,为多量子阱-平面光波光路芯片尾纤封装技术提供了实验原型。     

模式耦合对模分复用同传系统中量子误码率的影响

基于少模光纤模分复用的量子—经典信号同传方案中,光纤内的模式耦合效应会导致信道间发生串扰,造成误码。为此,构建了少模光纤分段化链路模型,研究了光纤拼接误差导致的模式耦合强度大小,并在此基础上推导了存在模式耦合时系统的量子误码率(QBER)公式。通过比较各模式所受到的耦合强度,确定该同传方案中量子信号的最优传输模式;进一步讨论了不同纤芯轴向偏移距离、扭转角度和光纤长度对系统QBER的影响。结果表明,这三个影响链路模式耦合强弱的因素都与QBER成正相关,光纤拼接误差较小的短距离量子—经典信号模分复用同传系统可有效降低QBER。     

光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器的研究

为了改善不同类型光纤熔接时的模场失配,通过调整普通光纤熔接机的熔接参数,对模场直径较小的光纤进行加热扩芯,实现了10/130μm大模场面积双包层光纤和6/125μm单模光纤的低损耗熔接,光纤耦合效率可达到91%,并成功应用于自主研发的小型1064nm光纤激光器中。对利用光纤熔接机加热扩芯制作模场适配器进行了理论分析,并用1064nm光纤激光器测量其实际传输损耗。实验结果表明:采用普通光纤熔接机,适当的调整熔接参数,可以有效地提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率,为制作模场适配器提供了一种简单实用的方法。     

基于概率成形和交织编码的少模光纤传输系统

对于少模光纤的理论模型分析尚未完善,采用光纤段的位移和旋转理论建立了少模光纤信道模型,该模型综合考虑了模式串扰和差分模时延等因素。为了提高系统性能,研究了采用概率成形和交织编码对信号传输性能的影响。仿真结果表明,16阶QAM（Quadrature Amplitude Modul）信号经过长为50 km的少模光纤传输后,在前向纠错极限为3.8×10^-3的情况下,光信噪比需求降低了3 dB,而且有效提升了传输距离。     

1550nm低损耗单模全固态光子带隙光纤研究

全固态光子带隙光纤由于其独特的带隙和色散特性以及易于和传统光纤熔接的优势,引起了国内外研究人员的广泛关注.本文采用等离子体化学气相沉积工艺结合堆叠拉制法制备了全固态光子带隙光纤,并运用频域有限差分法模拟了其损耗和色散特性.该光纤1550 nm处有较低损耗且单模传输,计算得到1550 nm处的有效模场面积和色散分别为191.81μm2和16.418 ps/(km·nm),在测试范围1500—1650 nm内损耗小于0.15 dB/m.结合实验结果,对光纤参数做了进一步模拟优化.     

中红外7×1硫化物光纤合束器的设计与制备

硫化物光纤合束器可以实现对多个中红外光源(2～5μm)的功率组合和光谱扩展,基于自研As₂S₃多模光纤,使用低温熔融拉锥技术制备得到7×1中红外光纤合束器,分析了拉锥区域的损耗产生机理,并表征和评估了合束器的传输效率和光束质量。实现了输入光纤合束端与输出光纤的高质量熔接(熔接点损耗低至0.45 dB,抗拉张力超过300 g),合束器平均传输效率约为80%,单通道最高输出功率为4.32 W,表现出了优良的传输特性和功率承载能力。     

非对称性对光子晶体光纤偏振相关滤波特性的影响

基于表面等离子共振效应,提出了三种不同非对称因素引入的金镀膜偏振相关滤波光子晶体光纤,利用全矢量有限元法研究了光子晶体光纤偏振相关滤波传输特性.当非对称纤芯模单独作用时,波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.58dB/cm和461.58dB/cm,两偏振方向损耗比为83;当非对称金属表面等离子模单独作用,且镀膜厚度为55nm时,其谐振波长1.31μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为2.02dB/cm和412.91dB/cm,两偏振方向损耗比高达204,镀膜厚度19.5nm时其谐振波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.29dB/cm和536.25dB/cm,两偏振方向损耗比为101;当纤芯模和表面等离子模同时引入非对称因素时,通信波长1.55μm处y偏振纤芯模谐振强度高达802.08dB/cm,而x偏振纤芯模损耗仅为5.57dB/cm,两偏振方向损耗比为144.数值比较可知,在金属表面等离子模中或两种模式同时引入非对称因素,可获得两偏振方向偏振损耗比更高的强偏振相关滤波传输特性的光子晶体光纤,该研究对光子晶体光纤偏振相关滤波器及相关偏振器件的设计与应用具有一定参考意义.     

空芯反谐振光纤与单模光纤的低损耗熔接研究

光子晶体光纤因具有设计自由、导光机制新颖等优势而被人们广泛关注。相比于带隙型光子晶体光纤和Kagome光纤,空芯反谐振光纤(HC-ARF)由于具有结构简单、单模导光、传输谱宽且损耗低的特点,在紫外/中红外光传输、高功率激光产生、非线性光学及传感等领域都具有很好的应用。但是HC-ARF要真正得到广泛应用,其与普通单模光纤的熔接必须简便且损耗低,然而,HC-ARF包层特殊的毛细管孔结构在熔接过程中容易坍塌,且其模场直径不同于普通单模光纤,故直接熔接时损耗很大。为此,引入一段纤芯直径为20μm的实芯大模场光纤作为模场过渡,实现了HC-ARF和普通单模光纤之间的熔接,熔接损耗由直接熔接的3dB降至0.844dB。     

基于对称双环嵌套管的低损耗弱耦合六模空芯负曲率光纤

本文设计了一种具有对称双环嵌套管结构的新型低损耗少模空芯负曲率光纤,该光纤支持LP₀₁, LP₁₁,LP₂₁, LP₀₂, LP_31a, LP_31b共6种纤芯模式.所设计的光纤以SiO₂作为基底材料,采用特殊的对称双环嵌套结构将包层区域进行划分,能够有效地减小纤芯模式与包层模式的耦合.使用有限元法对该少模空芯负曲率光纤的结构参数进行优化,并分析了纤芯各个模式的限制损耗和弯曲损耗.仿真结果表明,所提出的少模空芯负曲率光纤能够同时支持弱耦合的6种纤芯模式独立传输(相邻模式间的有效折射率差均大于10^–4,有效地避免了纤芯内模式间的耦合).在400 nm带宽(1.23—1.63μm,覆盖O, E, S, C, L波段)范围内,纤芯中的6个模式均保持低损耗稳定传输.各模式限制损耗在1.4μm处达到最低,其中基模LP₀₁模式的限制损耗最低,为4.3×10^–7 d B/m.此外,当弯...     

全固双层芯色散补偿光子晶体光纤的研究与设计

为了补偿光纤色散对高速信号传输的限制,提出一种全固双层芯色散补偿光子晶体光纤.首先对该光纤模式耦合特性进行理论分析,然后利用多极法进行模拟计算,得到该光纤包层结构参数与色散值以及相位匹配波长之间的关系,并对其规律进行研究.通过优化光纤结构参数,得到在1 550nm处,色散值达到-32 620ps/(nm·km)、损耗为0.29dB/km、与标准单模光纤的熔接损耗为4.77dB的色散补偿光纤.该光纤可补偿1 910多倍长度的SMF-28单模光纤的色散,补偿能力远大于常规色散补偿光纤.与空气孔-石英结构色散补偿光子晶体光纤相比,全固色散补偿光子晶体光纤具有易制备、易与传统通信光纤熔接等优点.