模分復(fù)用光傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，流媒體、遠(yuǎn)程工作、網(wǎng)絡(luò)游戲、社交網(wǎng)絡(luò)等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用改變?nèi)藗內(nèi)粘５墓ぷ骱蜕睿咔咫娨?、視頻點(diǎn)播、移動(dòng)通信等業(yè)務(wù)需求與日俱增，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求急劇增長。受限于非線性效應(yīng)，傳統(tǒng)單模光纖的傳輸容量上限將無法滿足未來通信網(wǎng)絡(luò)帶寬持續(xù)增長的需求，因而探索光纖新物理維度、采用相互正交的空間模式作為復(fù)用信道來進(jìn)一步提升光纖的傳輸容量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　論文針對(duì)基于少模光纖的模分復(fù)用光傳輸中關(guān)鍵技術(shù)展開研究，內(nèi)容涉及模分

2、復(fù)用器的設(shè)計(jì)和性能測(cè)試、傳輸用少模光纖的模式相關(guān)特性研究、模分復(fù)用光傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)探索等方面。論文的主要研究成果包括：
　　(1)在彎曲和扭曲作用下，理論分析了少模光纖的模式耦合特性。當(dāng)光纖受到彎曲和扭曲等外界擾動(dòng)時(shí)，分析得到各矢量模之間耦合強(qiáng)度，結(jié)果顯示同一個(gè)模群內(nèi)部簡(jiǎn)并模式之間容易發(fā)生耦合，但不同模群之間的模式耦合較弱甚至可以忽略。
　　(2)基于硅基液晶（LCOS）的空間相位調(diào)制特性提出并研制出一種可工作于離焦?fàn)顟B(tài)、偏振復(fù)

3、用兼容的模分復(fù)用器，可實(shí)現(xiàn)少模光纖中任意取向線偏振模的選擇性激勵(lì)，完成基模和任意高階模式的兩模復(fù)用，模式選擇性高，對(duì)離散光學(xué)器件位置偏差的容忍度高，便于安裝和維護(hù)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)LCOS的相位調(diào)制相關(guān)損耗并研究其對(duì)模式轉(zhuǎn)換的影響，并提出相應(yīng)解決方案。
　　(3)針對(duì)光子燈籠型全光纖模分復(fù)用器，提出一種測(cè)量其功率傳輸矩陣的技術(shù)方案，依靠背向反射光功率檢測(cè)和數(shù)學(xué)計(jì)算可以得到光子燈籠的功率傳輸矩陣，進(jìn)而能夠獲得其插入損耗和模式選擇性等性能參數(shù)

4、。對(duì)具有不同端口數(shù)目和不同模式選擇性的光子燈籠開展實(shí)驗(yàn)測(cè)試，證明測(cè)試方案的可行性與通用性。
　　(4)從偶極子輻射模型和表面波激勵(lì)理論出發(fā)，推導(dǎo)出弱耦合少模光纖中瑞利背向散射模式相關(guān)特性的數(shù)學(xué)模型，并予以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。理論獲得了前向傳輸模式與瑞利背向散射強(qiáng)度及模場(chǎng)分布的關(guān)系，通過數(shù)值計(jì)算分析少模光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)瑞利散射的模式相關(guān)特性的影響，結(jié)果顯示瑞利散射光以不同比例分布于所有導(dǎo)模中，與前向傳輸光場(chǎng)具有相同模場(chǎng)分布的模式占有最大比例。最

5、后實(shí)驗(yàn)測(cè)試了三種不同類型兩模光纖中瑞利背向散射的強(qiáng)度和模場(chǎng)分布，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)基本符合。
　　(5)開展12個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用傳輸實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了格碼調(diào)制（TCM）可為模分復(fù)用光傳輸系統(tǒng)帶來編碼增益。在支持6個(gè)LP模的少模光纖中開展的12個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用傳輸結(jié)果顯示，相比QPSK調(diào)制，高級(jí)編碼調(diào)制TCM-8PSK在硬判決閾值處可獲得1.93dB的OSNR增益。少模光纖環(huán)路的測(cè)試結(jié)果表明，長距離模分復(fù)用系統(tǒng)的模式相關(guān)特性影