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[硕士论文] 张云月
光纤通信 北京交通大学 2018(学位年度)
摘要:近年来对光纤通信容量的需求日益加速,而传统标准单模光纤的传输容量逐渐趋近其理论极限,因此迫切的需要新的复用技术以增加通信容量。轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)复用是空分复用的一种新型实现方式。利用不同OAM模式间正交性作为复用机制,可突破单模光纤的香农容量极限,极大地提升传输容量。为了实现OAM模式长距离光纤传输,高性能的涡旋光纤放大器必不可少。在进行光纤放大器设计时,一个重要标准是降低不同模式间的增益差值,实现所有模式通道的增益均衡。
  本文基于掺铒涡旋光纤放大器理论模型,开展了基于涡旋光纤的光放大器增益特性研究,主要分析了光纤放大器的增益均衡特性。考虑到实际工艺,本文首先针对环形芯涡旋光纤结构做铒离子分布优化,设计出了一种部分铒离子掺杂的掺铒光纤结构,并对该结构下的模式增益特性进行了详细分析。结果表明,该结构可实现6个OAM模式的增益均衡,并且C波段的差分模式增益(Differential Modal Gain,DMG)小于0.18dB,最小模式增益可达21dB。为了能够实现更多OAM模式的放大,本文进一步针对能承载12个OAM模式传输的空芯涡旋光纤结构进行了放大特性分析。通过调控泵浦模式方式和优化光纤中的铒离子分布方式,实现了12个OAM模式的增益均衡。仿真结果表明,所设计的铒离子阶梯掺杂结构在C波段的差分模式增益小于0.26dB,且最小模式增益可达21dB。
  本论文的工作对涡旋光纤放大器的设计制造具有指导意义,所设计的掺铒涡旋光纤放大器在OAM模式复用技术领域具有一定的应用价值。
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