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.     

低串扰低弯曲损耗环形芯少模多芯光纤的设计

针对少模多芯光纤中存在的纤芯内模式间的耦合及芯间模式耦合等问题,提出一种阶跃型环形芯组成的7芯结构光纤,每个纤芯可支持5个模式.各纤芯具有一个中心低折射率区域和一个高折射率环,保证纤芯内模式间均具有较大的折射率差,从而减小模式间耦合问题.运用有限元法模拟分析了中心纤芯和外纤芯的弯曲损耗、模式间的串扰特性及纤芯参数对串扰性能的影响.数据模拟结果表明,当波长为1.55μm,这种多芯光纤在弯曲半径为50 mm时,弯曲损耗远低于光纤衰减损耗,且纤芯中5个模式的相邻纤芯之间串扰均小于-20 dB/100 km,因而这种多芯光纤在小弯曲半径下仍可实现纤芯间独立的长距离信息传输.     

弱耦合多芯光纤芯间串扰分布特性

基于功率耦合理论,对多芯干涉弱耦合多芯光纤(MCF)传输系统的光信号功率和芯间串扰(ICXT)特性进行了详细的研究,推导出相应条件下光信号功率及ICXT的解析表达式。研究发现,经过长距离的纵向传输之后,各纤芯中的光信号功率都将达到一个动态平衡的状态,并且提出了动态平衡归一化功率的计算公式。在多芯干涉MCF传输系统中,不同入射纤芯对耦合纤芯串扰的贡献是不相关的,耦合纤芯中ICXT的分布可以看成是多个双芯单输入ICXT分布的累加。基于串扰分布累加的特性,得到了多个经推广后的串扰评估数学模型,完善了多芯干涉情况下ICXT的分析理论,这可为该情形提供良好的理论分析工具。     

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.     

19芯碲酸盐玻璃放大光纤的低串扰结构设计及性能仿真

基于空分复用技术的多芯光纤通信核心指标之一是信道串扰,该问题的存在极大地影响着传输距离及信号质量,尤其是在宽带光纤放大系统中。本文重点讨论了弱耦合19芯光纤的串扰问题,同时提出了一种利于多组分碲酸盐玻璃挤压制备的沟槽辅助型19芯光纤,并采用耦合功率理论和有限元法对模型进行了相关性能的数值仿真,系统研究了沟槽尺寸、折射率分布及相关光纤参数对芯间串扰的影响。仿真结果表明,优化设计后的光纤在1 550 nm处拥有-156 dB/100 m的低串扰值,可以满足大容量光纤通信用宽带光放大器的应用需求。     

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...     

低串扰的多波长光纤光栅色散补偿器

分析了光纤光栅色散补偿系统中的串扰，并比较了几种常用的多波长光纤光栅色散补偿器的串扰特性，结合串联的窄带光纤光栅和取样光纤光栅的优点，提出一种抑制光纤光栅色散补偿系统串扰的方法.它通过在邻近信道间引入随机时延差，既能改善取样光纤光栅的线性串扰特性，又能抑制交叉相位调制效应和四波混频等非线性串扰.使用该方法可以得到具有低串扰的多波长光纤光栅色散补偿器.     

串扰时延故障的SAT-ATPG算法研究

随着芯片运行速度不断提高,对串扰时延的测试已成为一个迫切需要解决的问题;文中提出一种面向多条攻击线的受害线上最大串扰噪声的测试生成方法;此方法建立了串扰通路时延故障模型、分析了布尔可满足性问题、讨论了七值逻辑,研究了串扰时延故障测试转换为CNF的逻辑表达式,在非鲁棒测试条件下约简CNF范式,并提出了串扰时延故障的SAT-ATPG算法;最后通过实例分析,对本文算法进行验证;结果表明:该算法对串扰时延故障的测试矢量的生成是有效的。     

一种具有低串扰低非线性的双沟槽环绕型十三芯五模光纤

信息化对高速大容量光纤网络的需求日益强烈,空分/模分复用是继波分复用之后可使通信容量翻倍的新一代光纤通信技术.本文提出了一种双沟槽环绕型十三芯五模光纤,以满足未来对高速大容量信息传输的需求.针对空分-模分复用中降低串扰的目标设计优化光纤,采用双沟槽环绕结构,将光能量更好地限制在纤芯内,从而减小芯间和模间串扰.利用全矢量有限元法与功率耦合理论相结合计算并分析多芯光纤的串扰和传输特性.经过优化结构参数,可使光纤在1.3—1.7μm波段内稳定传输LP01, LP11, LP21, LP02,和LP31 5个模式;信号在1.55μm波长处传输60 km时,对应于以上5个模式相邻纤芯的芯间串扰分别为–122.37,–114.76,–106.28,–100.68,–92.81 d B,相邻模式之间的有效折射率差大于1.026×10–3,芯间和模间串扰可以被有效抑制; 5个模式对应的非线性系数分别为0.74, 0.82, 0.88, 1.26, 0.93 W–1·km–1,均可保持低非线性传输.该光纤结构简单紧凑,可利用气相沉积法和堆叠法制备预制棒,进一步拉制成具有低串扰低非线性的十三芯五模光纤,可...     

具有双模特性的大模场面积微结构光纤的设计

本文提出了一种具有双模特性大模场面积的微结构光纤,通过有限元法计算其模场分布、基模有效模场面积及弯曲损耗特性,并分析了不同结构参量对限制损耗及有效模场面积的影响.计算结果表明:通过合理地改变光纤结构参量,可以使二阶模LP11、三阶模EH11截止,实现基模LP01、三阶模HE31双模传输,其中基模的有效模场面积可达700μm2.这种结构的光纤制作简单,在大容量光纤传输系统中具有重要应用.     

低差分模式时延少模光纤的有限元分析及设计

针对少模光纤展开研究, 利用Comsol软件计算其模场分布、有效折射率, 进而分析光纤的差分模式时延. 通过分析不同结构参量对模式数量和差分模式时延的影响, 设计出了两种低差分模式时延的少模光纤, 即带有外下陷的渐变式光纤和多阶少模光纤. 波长在1530–1570 nm 范围内, 带有外下陷的渐变式光纤支持四模传输, LP₁₁, LP₂₁, LP₀₂模式的差分模式时延的绝对值小于0.015 ps·m^-1; 多阶少模光纤支持两模传输, LP₁₁的差分模式时延低于0.185 ps·m^-1. 两种少模光纤均具有良好的差分模式时延特性, 适于在模分复用技术中应用.     

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     

光纤光栅群时延纹波对微波光子滤波性能的影响

建立了一种研究光纤光栅群时延纹波(GDR)对微波光子滤波性能影响的理论模型,探讨了群时延纹波对相干光源型和非相干光源型微波光子滤波器性能的影响。基于该理论模型,分别在随机分布的GDR和实测GDR影响下,分析了微波光子滤波器幅频响应、相频响应的演变趋势。相干光源型滤波器中,GDR主要影响体现为陷波点频率的偏移,而非相干光源型滤波器中GDR则导致幅频响应形状和线性相位畸变;而在多抽头情形下,GDR导致边模抑制比下降和消光比劣化。     

光纤光栅群时延纹波对微波光子滤波性能的影响

建立了一种研究光纤光栅群时延纹波(GDR)对微波光子滤波性能影响的理论模型,探讨了群时延纹波对相干光源型和非相干光源型微波光子滤波器性能的影响。基于该理论模型,分别在随机分布的GDR和实测GDR影响下,分析了微波光子滤波器幅频响应、相频响应的演变趋势。相干光源型滤波器中,GDR主要影响体现为陷波点频率的偏移,而非相干光源型滤波器中GDR则导致幅频响应形状和线性相位畸变;而在多抽头情形下,GDR导致边模抑制比下降和消光比劣化。     

高功率光纤中传输光模式与其波长相关性研究

针对高功率光纤激光模式诊断和光谱诊断的需求,研究了光纤中传输模式的波长相关性,数值计算了光纤中各个模式的模场分布随波长的变化曲线及相应的光束质量,采用双傅里叶变换F~2法实际测量了光纤模式成分与波长的关系曲线.结果表明,光纤中各个模式的模场分布随波长变化,波长越长,模场面积越大;模式的光束质量随波长变化不大,但在截止频率附近明显变差;光纤中各个模式的功率占比与波长有关.     

Design and optimization of a microwave photonic filter exploiting differential mode group delay of a multi-mode fiber

Optical Review - A reconfigurable and application-specific tunable microwave photonic filter having finite impulse response is proposed. The filter exploits the differential mode group delays of...     

群时延时间法求解速调管输出腔的特性参数

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础,分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导,通过简化两公式的比值因子,得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算,结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致,验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能,群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观     

群时延时间法求解速调管输出腔的特性参数

以微波传输线理论和谐振腔等效电路理论为基础,分别对速调管滤波器加载谐振腔输出回路的间隙阻抗实部和端口群时延公式进行了推导,通过简化两公式的比值因子,得到了利用端口群时延特性来分析输出腔间隙阻抗-频率特性的原理和方法。利用3维电磁计算软件CST分别对X波段和Ku波段两个滤波器加载输出回路进行模拟计算,结果表明:群时延时间法与其他已有方法计算结果一致,验证了此方法的正确性。基于模拟计算软件强大的后处理功能,群时延时间法使速调管输出回路的计算步骤更加简捷直观     

高色散镜的设计和制备

设计和制备了两种高色散镜,分别在780-870 nm波长范围内提供约-800 fs² 群延迟色散补偿(group-delay dispersion,GDD)和在1030-1050 nm的波长范围内提供约-2500 fs²的群延迟色散补偿.设计的高色散镜用双离子束溅射方法进行制备.从白光干涉仪的测试结果可以看出,得到的-800 fs² GDD高色散镜和设计符合得比较好;-2500 fs² GDD的高色散镜用在掺Yb光纤激光器中很好的抑制了脉冲展宽.这是制备得到的国产高色散镜及在光纤激光器中应用的首次报道. 关键词： 高色散镜 群延迟色散 色散补偿 Yb光纤激光器