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特种少模光纤的制备、测试及应用

2016-11-07 09:45
kumsing
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  基于少模光纤的模分复用技术,利用光纤纤芯内的不同模式作为独立传输信道,结合密集波分复用技术、偏振复用技术,可以使少模光纤突破单模光纤通信系统容量。少模光纤中不同模式的耦合特性,直接关系到多输入-多输出(MIMO)接收端信号处理的硬件实现和软件计算复杂度。故需要对少模光纤中模式的耦合特性进行优化设计。

  普通圆形纤芯结构的少模光纤中,LP11模式群包含两个正交取向的模式,由于它们具有相同的传播常数,所以很容易在光纤中发生相互耦合。考虑到偏振态之后,至少需要4×4的MIMO数字信号处理来解决模式耦合问题,复杂度较高;因此,通过优化设计光纤结构参数,来避免LP11模式群内简并模式的耦合,是一个值得研究的问题。

  武汉光电国家实验室、光学与电子信息学院教授付松年,博士生梁俊鹏、莫琦、于大伟等人,通过将光纤的纤芯设计为椭圆形状,打破了两个正交取向LP11模式的简并性,增大其模式间隔,从而极大程度避免了这两个模式间模式耦合的发生。

  实验室课题组经研究发现,当纤芯椭圆度小于0.264时,两个正交取向LP11模式可以达到弱耦合条件(即模式见有效折射率差大于0.5×10-4)。在此基础上,他们成功设计并制备了支持3个空间模式的椭圆芯光纤。该光纤用在模分复用光传输系统中只需要进行3个独立的2 ×2 MIMO数字信号处理,因而能够极大地简化MIMO信号处理复杂度;两个正交取向的LP11模式做到无模式耦合,故而LP11模式的场分布随着在光纤中传输可以维持稳定,结合基于相位片的模式下转换器件,椭圆芯光纤成功用于20μW/°的高精度光纤扭曲传感测量,而且在20℃~180℃的温度范围内展现出优良的温度不敏感性。

  关于圆形纤芯的两模光纤,课题组实验测试了光纤中瑞丽背向散射的模场分布。结果显示,背向散射光以不同比例存在于所有导模中,且少模光纤中瑞丽背向散射光强高于单模光纤。这个结论对于抑制少模光纤应用中的瑞利散射具有指导意义。

  

  

  图2 少模光纤中瑞利背向散射比例实验结果

  该系列研究工作得到国家“863”计划(No. 2013AA013402)和国家自然科学基金(No. 61275068和No. 61331010)等项目资助。研究成果相继以论文“Design and fabrication of elliptical-core few-mode fiber for MIMO-less data transmission”和 “Temperature-insensitive fiber twist sensor based on elliptical-core few-mode fiber”发表在光学期刊Optics Letters上(Vol. 13, No. 13, pp. 3058-3061,2016和Vol. 41, No. 20, pp. 4617-4620,2016);研究成果”Characterization of Rayleigh backscattering arising in various two-mode fibers”发表在光学期刊Optics Express杂志上(Vol. 24, No. 11, pp. 12192-12201, 2016)。

 

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