高增益、低DMG少模掺铒光纤及其放大性能研究

空分复用技术是大幅提高单根光纤数据传输容量的重要技术之一。对于长距离模分复用传输系统而言，少模掺铒光纤放大器是补偿光纤传输损耗必不可少的器件。因此，在少模掺铒光纤支持的所有模式中获得均衡增益至关重要，高差分模态增益会降低系统的传输性能。本文通过改进的化学气相沉积技术制备了18μm/124μm少模掺铒光纤，实验演示了基于该光纤的两模掺铒光纤放大器。当使用LP_11b模式泵浦时，该放大器所支持的LP₀₁和LP_11a模式可以在1535～1560 nm波段获得19.4 dB以上的增益，差分模态增益最大为0.66 dB。     

基于少模掺铒光纤的10模式光纤放大器

对于模分复用系统,结合高模式增益和宽带宽增益特性的少模掺铒光纤(FM-EDF)放大器具有较高的应用价值。利用改进的化学气相沉积法(MCVD)结合溶液法制备了一种新型FM-EDF。该FM-EDF在976 nm和1 530 nm处的吸收系数分别为10.6 dB/m和35.0 dB/m;由COMSOL软件中有限元差分模块理论计算可得,其可支持10个空间模式(LP₀₁、LP_11a/b、LP_21a/b、LP₀₂、LP_31a/b以及LP_12a/b模式)的光传输。基于该FM-EDF搭建了全光纤放大系统并对其光模式放大特性进行了实验研究,研究结果表明,该光放大系统在40 nm带宽(1 525～1 565 nm)范围内获得10个模式的增益均大于17.0 dB,且差分模式增益均小于0.5 dB。因此,FM-EDF放大技术在模分复用系统中的广泛应用可进一步扩展光纤通信容量,具有重要的实际应用意义。     

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。     

基于MIMO预均衡的模分复用无源光网络模式间串扰的消除方法

为解决模分复用无源光网络(MDM-PON)模式间串扰的问题，本文提出了一种基于多输入多输出(MIMO)预均衡的串扰消除方法。利用帧头插入的时分训练序列，在接收端相干检测后估计信道的冲激响应，并将其用于发送端MIMO均衡器抽头系数的计算。采用线偏振(LP)模式的模分复用(MDM)传输仿真系统对所提方法进行验证，并将所提方法与基于迫零(ZF)预编码的串扰消除方法进行了对比。结果表明：连接5 km少模光纤(FMF)时，与迫零预编码相比，MIMO预均衡使各模式(LP₀₁、LP₁₁、LP₂₁、LP₃₁)信号的误码率在满足7%硬判决-前向纠错(HD-FEC)门限时的发送光功率分别降低了3.0 dB、4.1 dB、1.2 dB和9.2 dB。另外，考虑到光纤色度色散的影响，本文进一步提出了带色散预补偿的MIMO预均衡器结构，该结构可以实现对色散的补偿。     

基于少模光纤的3×34 Gb/s PDM-QPSK信号模分复用实验

为了成倍地提高通信系统的传输容量,采用10 km少模光纤构建3×3模分复用实验平台,模式的转换及复用通过模式选择性光子灯笼实现,以相位调制-相干接收方式完成光信号的调制与检测,最终实现3×34 Gb/s偏振复用—正交相移键控(PDM-QPSK)信号的有效传输.研究结果表明:如果保持LP01、LP11和LP21的接收功率...     

弯曲限模对大模场光纤横模不稳定效应的影响

横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP₀₁、LP₁₁模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP₁₁模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。     

同时输出LP01/LP11模式的布里渊少模光纤激光器研究

为了获得光纤激光器的基模LP₀₁和高阶模式LP₁₁同时输出,采用环形腔结构,少模光纤的受激布里渊散射效应和单模掺铒光纤的增益共同提供腔内放大,利用模式选择耦合器进行腔内模式间的转换,单模/少模光纤耦合器分别提供激光输出。实验结果表明,LP₀₁模式和LP₁₁模式能够同时输出,和种子光相比波长偏移均为0.12 nm,输出光谱信噪比分别为22.69 dB和74.827 dB,功率转换效率分别为4.6×10^-3%和7.827%,波长稳定性分别为0.54 nm和0.026 nm,功率稳定性分别为3.277 dB和1.262 dB。研究结果可为多输出模式光纤激光器的后续应用提供参考光源。     

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。     

熔融拉锥型全光纤多模式复用器/解复用器研究

提出了一种基于并联结构的多模式复用器/解复用器。该多模式复用器/解复用器由一根少模光纤和两根单模光纤构成。根据有效折射率匹配原则确定了光纤参数,仿真分析了不同芯间距对多模式复用器/解复用器性能的影响,得出最佳芯间距。仿真分析了该多模式复用器/解复用器对应的工作波长带宽。结果表明:该多模式复用器/解复用器不需要结合模式转换器即可实现LP01、LP11和LP02三种模式的复用,最佳耦合区长度为4530μm,工作波长带宽可达60 nm。     

降低模分复用传输中信号串扰的预编码技术

为降低点到多点短距离模分复用传输中的模式串扰,提出了一种基于系数回传的预编码方法.设计了联合控制任意波形发生器(AWG)和示波器(DS0)的控制台,以及连接500 m少模光纤(FMF)的光子灯笼强度调制直接检测(IM-DD)模分复用传输系统,并选用LP01-LP01模式信道和LP11a-LP11b模式信道进行对比实验....     

双模式80波分通道1000km少模光纤传输

为了解决急剧提升的通信系统容量需求与长距离传输等问题，通过实验验证了超大容量的少模光纤传输。在超大容量需求的背景下，同时使用波分复用、模分复用、偏振复用三种复用技术进行信号传输，凭借自研的低损耗六模渐变型光纤（各模式衰减约为0.2 dB/km），实现了覆盖C波段共80个通道，每个通道双模双偏振信号的1000 km传输。考虑到超长距离传输带来的色散和双模双偏振带来的串扰，在进行接收端离线数字信号处理（DSP）时首先使用频域色散补偿算法进行色散补偿，并在下采样和时钟恢复后联合利用多输入多输出-频域最小均方算法（MIMO-FDLMS）和多输入多输出-时域最小均方算法（MIMO-TDLMS）进行信道均衡和色散补偿。在28%冗余的低密度奇偶校验（LDPC）信道编码软判决前向纠错（SD-FEC）阈值5.2×10-2条件下，实现了总的线传输速率40.96 Tbit/s，净速率高达32 Tbit/s。     

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。     

一种基于光子晶体少模光纤模分复用系统的设计与分析

对模分复用(MDM) 系统中传输容量和模式串 扰问题进行了研究,在VPItransmissionMaker仿真平台设计并构建了一种新型6×6多输 入多输出(MIMO)MDM系统。本文系统 使用高模式差分群时延(MDGD)光子晶体少模光纤(PC-FM F),实现包括(LP01、LP11a 、LP11b、LP21a、LP 21b、LP02)在内六模式相对独立的传输, 结合恒模算法(CMA)对输出信号解复用。仿真实验结果表明,在 系统的光信噪比(OSNR)为22dB时,每 个模式携带传输速率为40Gbit/s的4QAM调制信号,实现了在PC-FMF 中稳定传输34km,保证了每个模式信号的误码 率(BER)均在10－5量级以下 ,满足通信系统传输 最低要求。与传统FMF的MDM系统相比,本文设计的基于PC-FMF的MDM系统 可有效消除模式间串扰,提高MDM系统的容量,在高速大容量光传输系统中具有重要价值。     

光PM-DQPSK调制格式性能研究

对偏振复用-33%归零-差分正交相移键控(PM-33%RZ-DQPSK)和偏振复用-抑制载波归零-差分正交相移键控(PM-CSRZ-DQPSK)调制格式进行了传输性能仿真,在仿真过程中,分别考虑了光纤系统中的偏振模色散(PMD)、色散(CD)和非线性效应(SPM)三种限制因素。仿真结果表明偏振复用系统比非偏振复用系统更易受到PMD、CD和非线性效应的影响。整体来看,PM-CSRZ-DQPSK调制格式的传输性能比PM-33%RZ-DQPSK更为优秀。     

短距离弱耦合空分复用实时光传输技术

短距离光纤传输系统的容量扩展受到越来越广泛的关注。空分复用光传输技术提供了纤芯和模式两个新维度，可以大大提升单根光纤的传输容量。然而空间信道间的串扰严重限制了空分复用技术的实用化。首先研究了弱耦合空分复用光纤，通过在纤芯引入环形折射率微扰的方法实现了模式之间的有效分离；其次，提出了一种可以处理非圆对称简并模式的全光纤复用/解复用器件以及低插损、低串扰扇入扇出器；在此基础上，使用低成本商用强度调制直接检测光模块，实现了短距离弱耦合模分复用及多芯少模复用实时光传输；最后对空分复用实时光传输技术进行了展望。     

光纤激光器高阶模式对相干合成特性影响分析

为了分析光纤激光器中高阶模式对相干合成的影响,采用将光纤激光器的基模以及高阶模式近似表示为拉盖尔-高斯光束的线性叠加的方法,利用拉盖尔-高斯光束的传输特性,得到了当光纤激光器的输出光束包含高阶模式时,激光器阵列相干合成的远场光强分布模型。同时以光纤激光器中输出混合模式为LP01和 LP11以及输出混合模式为LP01和LP02两种情况为例,分析了存在高阶模式的远场相干条纹的峰值功率和条纹对比度。结果表明,当光纤激光器中高阶模式为 LP11模时,远场相干条纹的峰值能量随着LP11模的增加线性下降;当光纤激光器中高阶模式为LP02模时,远场相干条纹的条纹对比度随着 LP02模的增加线性下降。     

光纤型三模式复用解复用器的研究

基于模式耦合理论,研究了一种3个模式的锥形光纤模式复用/解复用器,可以实现1根少模光纤与3根单模光纤之间的模式复用及解复用,有利于提升光纤传输系统的传输容量。当基模光场分别输入3根直径为10、8.4、7.2μm的单模光纤时,会在锥形结构中发生耦合并转换为高阶模式场。利用重叠积分计算该复用器输出端口光场与标准模式场的相似度,检测出输入的基模在输出端分别转换为LP_(01)和两个简并的LP_(11)模式,即实现模式复用。当LP_(01)和两个LP_(11)模式分别输入到少模光纤时,从解复用器输出端相应端口输出的光功率最大,即实现模式解复用。最后改变复用器的结构参数来计算该器件的容差比,计算出该器件实现模式转换以及解复用效果最好的拉锥长度分别为3.88cm和3.8931cm。     

ICA在偏振复用系统信号分离中的应用

光纤偏振复用系统中两束偏振态相互正交的光在一根光纤中传输时,由于偏振模色散和偏振耦合等因素,会产生串扰。文章针对这一问题,将基于互信息最小化的ICA(独立分量分析)算法应用到光纤通信偏振复用系统输出信号的分离中。仿真结果表明,采用该方法在无需任何先验知识的情况下,可以很好地分离出原始信号。     

光纤激光拍频传感器

从传感系统结构的角度分两方面介绍了光纤激光拍频传感技术的研究进展:一是超短腔偏振光纤激光拍频传感系统,利用激光谐振腔生成的两个正交偏振激光,阐释了正交偏振拍频传感器的技术原理及其波分复用、频分复用、波分/频分混合复用等大规模传感器阵列技术。另一个是较长谐振腔的多纵模光纤激光拍频传感系统,介绍了直腔型和环腔型两种传感原理,以及结合波分复用、频分复用、波分/频分混合复用等技术的光纤激光拍频传感网络,实现了传感的大规模网络化。这些传感器将在环境监测、地震勘测、大型土木工程健康监测、水声检测、航天航空等领域具有广阔的应用前景。     

偏振模色散对波分复用系统性能影响的仿真分析

基于多波长光波在双折射光纤中传输的非线性耦合方程，用分步傅立叶变换求耦合方程的数值解，仿真分析了偏振模色散对波分复用系统脉冲波形的影响，并进一步仿真分析了输入功率、啁啾系数、占空比不同时，偏振模色散对系统性能的影响。