少模光纤干涉仪中光纤对准偏差的研究

本文利用数值仿真研究了少模光纤干涉仪中少模光纤与单模光纤的对准偏差对调制深度的影响.基于阶跃折射率光纤的矢量波动方程,数值求解导模的场分布.按无对准偏差时对光纤参数进行优化,使调制深度达到1.数值仿真了单模光纤偏心激励少模光纤情况下,少模光纤中的模式功率分布.仿真结果表明可用光功率检测的方法辅助少模光纤和单模光纤对准熔接,当光功率控制在极小值2%范围内时,横向对准偏差小于3微米.论文仿真了少模光纤干涉仪中光纤熔接对准误差与调制深度的关系.结果表明,当对准偏差小于3μm时,调制深度大于96%;当对准偏差大于4μm后,调制深度随对准偏差的增大而急剧减小.     

一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

低弯曲损耗少模光纤传输特性研究

提出一种采用少模阶跃光纤与单模光纤连接的方法,实现低弯曲损耗传输的新型光纤通信系统。采用有限元法研究了在模场直径相同的情况下少模光纤纤芯半径与折射率差的关系,以及不同参数下光纤的弯曲损耗;采用光束传播法计算了少模光纤的各种模式与普通单模光纤的基模的连接损耗。证明了采用少模光纤可以利用模式间的正交性实现有效的单模传输,并具有低的弯曲损耗和连接损耗。     

温度不敏感的少模光纤应变传感

为了解决光纤传感器中普遍存在的温度和应变交叉敏感问题,基于少模光纤的模间干涉原理,研究了LP01和LP02模式干涉的应变和温度传感特性,详细分析了模间干涉传感的相位灵敏度理论。结合少模光纤的数值仿真结果,设计了一种温度不敏感的应变传感少模光纤,其纤芯直径为15.1μm,在1550nm下纤芯折射率为1.4512,包层折射率为1.444。搭建了实验系统来研究少模光纤温度和应变传感特性,结果表明:理论计算能够较好地预测实验结果;少模光纤在0~600μm范围内,应变的相位灵敏度为0.0196rad/μm,在30~330℃范围内,对温度不敏感,可有效改善温度和应变的交叉敏感问题。     

少模光纤布喇格光栅的光谱特性研究

相较于传统的单模光纤布喇格光栅(FBG)传感器,少模FBG传感器在测量时不易受到外界无关参量的影响,精度更高,但其在光栅参数设计上缺乏相应的理论依据。针对此问题,基于FBG耦合模理论,利用OptiGrating和Matlab软件模拟分析了纤芯中存在LP₀₁模、LP₁₁模的少模FBG的反射谱。仿真结果表明:区别于传统单模FBG的单峰结构,少模FBG的反射谱具有三峰结构,光栅周期、光栅长度和折射率调制深度的变化会对各波峰的反射率及中心波长产生规律性的影响。     

基于双耦合环辅助的低串扰6-LP光纤设计

为了降低少模光纤中的模间串扰,提出了一种新型双耦合环辅助的少模光纤结构设计。首先用COMSOL仿真软件对6-LP光纤结构进行建模,并分析了影响模式间耦合的主要因素,然后对双耦合环结构的5个参数进行仿真分析。结果表明,在6-LP少模光纤中,LP₂₁模和LP₀₂模的有效折射率最接近,其差值是影响串扰的主要因素;该结构中LP₂₁模和LP₀₂模的最小模间折射率差为1.5×10^-3,是同等条件下传统阶跃结构的1.88倍,少模光纤中的模间串扰问题得到有效缓解。     

超辐射LD与带类球透镜保偏光纤的耦合技术

采用高斯模场近似和模场匹配方法,对超辐射激光二极管与带类球透镜单模熊猫型保 偏光纤的耦合,进行了仿真计算和实验研究。分析了耦合效率与光源激发的光模场、光纤结构及光纤头部形状、耦合工作参数等因素的关系。通过改进耦合技术获得了较高的耦合效率。     

折射率剖面非均匀的少模光纤光栅的数值仿真

对折射率剖面非均匀的少模光纤Bragg光栅（FM-FBG）的反射特性进行了数值仿真。用shooting法数值求解了耦合模方程,得到了FM-FBG中线偏振模的反射谱。当不考虑光敏特性的饱和效应,且光纤芯对紫外光的吸收系数不变时,仿真结果表明,光纤纤芯对紫外光的吸收导致折射率变化横截面分布的不均匀,在不考虑饱和长度的情况下,模式间的互耦合峰总是存在的。线偏振模间的互耦合峰反射率随纤芯边界最大光致折射率变化的增大而呈二次形增长,LP01模、LP11模自耦合峰反射率也分别呈近似六次和四次多项式形增大。     

基于背向瑞利散射的少模光纤模式耦合测量

少模光纤的模式耦合引起模分复用(MDM)系统传输性能劣化,是造成MDM技术难以在实际中大规模应用的主要因素之一。精确测量少模光纤模式耦合系数和量化分析模式耦合与系统性能之间的关系,可以为系统的损伤补偿提供可靠依据。分析了当前少模光纤模式耦合测量方法的利弊,并基于背向瑞利散射原理建立了一种模式转换器/解复用器和光纤环形器结构的少模光纤模式耦合测量系统,通过与多输入多输出功率分析的测量结果进行对比,验证了所提系统的测量性能。实验结果表明,所提系统较好地实现了对9.8km少模光纤模式耦合分布的测量,且测量结果稳定。     

自适应光学校正下空间光通信的光纤耦合效率及斯特列尔比

采用光纤部件的自由空间光通信系统需要把接收到的光束耦合进单模光纤中,然而由于大气湍流的影响,使光纤耦合效率下降。自适应光学能够减小大气湍流效应,提高光纤耦合效率,根据大气湍流参数的空间光到单模光纤耦合效率表达式,得到了自适应光学校正下单模光纤耦合效率表达式,仿真结果显示:自适应光学能够增加空间相干长度,从而有效提高光纤耦合效率。同时还研究了斯特列尔比与耦合效率的关系,结果表明:无论有无自适应光学校正,两者都具有很好的拟合关系,因此在实际中可以用比较简单的斯特列尔比近似估计耦合效率。     

Broad-band LP/sub 02/ mode excitation using a fused-type mode-selective coupler

We demonstrate a novel fused-type directional coupler that couples the LP/sub 01/ mode in one fiber and the LP/sub 02/ mode in another using a few-mode fiber. The phase-matching condition was satisfied in the coupler waist by initially etching and prepulling portions of the fibers based on simple numerical calculation. A coupling efficiency of about 70% was maintained over 1515-1595-nm wavelength range, and the mode extinction ratios with LP/sub 01/, LP,/sub 11/, and LP/sub 21/ modes were measured to be 35,20, and 7 dB, respectively.     

基于少模光纤布拉格光栅的模分复用系统实验研究

本文提出了一种基于少模光纤布拉格光栅(Few-mode FBG)的模分复用通信系统,阐述了基于少模光纤布拉格光栅的模分复用/解复用原理,建立了2×2的模分复用实验系统,分别利用LP01和LP11模作为独立信道,实现了1.25 Gbps和622Mbps两路伪随机序列(PRBS)的10km传输实验,给出了传输后的眼图,分析了当激光器波长为1549.228nm时,实验系统的误码特性.实验验证了基于少模光纤布拉格光栅的模分复用通信系统的可行性,为进一步实现长距离高速率的模分复用通信奠定了实验基础.     

Numerical analysis of intermodal delay in few-mode fibers for mode division multiplexing in optical fiber communication systems

In order to achieve higher spectral efficiency, mode division multiplexing (MDM) in few-mode fibers is a new research area. The idea faces lots of technical issues including intermodal delay and mode coupling which limit the achievable length of the system. This paper is designated to complete the analysis of intermodal delay in step-index few-mode fibers. We analyze numerically all the parameters of fiber, which could impact intermodal delay in few-mode fibers and identify the conditions which can increase the number of multiplex modes without significant increase in maximum intermodal delay.     

Multimode oscillation Q-switched erbium-doped fiber laser with a few-mode fiber cavity

We propose and demonstrate experimentally a multimode oscillation Q-switched erbium-doped fiber laser with a few-mode fiber cavity. The different coupling processes of reflection peaks of fiber Bragg gratings (FBGs) which act as cavity mirrors allow the different oscillating states. We obtain microsecond light pulse output states whose oscillation and output beams have different mode compositions, including high order mode. Such a structure enables the high order mode oscillation in the whole cavity with an all-fiber structure, which has potential applications in mode-division multiplexed systems and research of multimode nonlinear effect.     

Single high-order transverse mode surface-emitting laser with controlled far-field pattern

Single transverse mode vertical-cavity surface-emitting lasers (VCSELs) with high output power are important for high-speed data links, optical recording, laser processing, and so on. We demonstrate a single high-order transverse mode VCSEL with narrow trenches formed on its top surface by using a focused ion beam. The formation of four straight cross trenches resulted in the selection of a stable LP/sub 41/ mode oscillation. A large far-field angle of the LP/sub 41/ mode, which causes a low coupling efficiency even with a multimode fiber, was drastically reduced by loading a phase shift layer. A single-lobe far-field pattern with low scattering loss was realized by loading a spatial phase shift of SiO/sub 2/. We evaluated a coupling efficiency with a single-mode fiber including its alignment tolerance. The controlled far-field pattern enables lens-free direct coupling with a single-mode fiber even for large active-area VCSELs.     

包层腐蚀机械写制长周期光纤光栅的耦合特性研究

利用周期为600μm的刻槽板,采用单面受压的方式包层对经过HF溶液腐蚀后的单模光纤施加压力,形成机械写制长周期光纤光栅(LPFG).通过测最具有不同包层直径的机械写制LPFG在各种压力下的透射光谱,研究包层直径对纤芯基模与包层模LP12、LP13间耦合特性的影响.实验结果表明,随着包层直径的减小,谐振波长发生红移,耦合...     

大功率半导体光放大器的耦合工艺研究

针对高速大功率半导体激光器,设计了主振激光器与半导体光放大器分立集成的高速大功率半导体激光器组件,并对其中半导体光放大器(SOA)的光纤耦合技术进行了研究,采用单模光纤耦合技术以及光路可逆原理设计了SOA的注入端耦合光路,实现了主振激光器到SOA的高效注入,耦合效率大于50%,采用微透镜组技术设计了SOA输出端的耦合光路,实现了Φ62.5μm的光纤耦合输出238mW。同时针对光纤耦合工艺,利用Ansys软件对耦合结构进行了激光焊接耦合工艺的热应力分析,得到了优化的焊接工艺条件,并对耦合中存在的应力进行了释放处理,有效提高了输出功率的稳定性。     

LP01 to LP11 mode convertor based on side-polished small-core single-mode fiber

An all-fiber LP01-LP11 mode convertor based on side-polished small-core single-mode fibers (SMFs) is numerically demonstrated. The linearly polarized incident beam in one arm experiences π shift through a fiber half waveplate, and the side-polished parts merge into an equivalent twin-core fiber (TCF) which spatially shapes the incident LP01 modes to the LP11 mode supported by the step-index few-mode fiber (FMF). Optimum conditions for the highest conversion efficiency are investigated using the beam propagation method (BPM) with an approximate efficiency as high as 96.7%. The proposed scheme can operate within a wide wavelength range from 1.3 μm to1.7 μm with overall conversion efficiency greater than 95%. The effective mode area and coupling loss are also characterized in detail by finite element method (FEM).     

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.