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随着全球范围内人类信息交流量的井喷式增长,进一步提高通信传输容量成为现今光通信发展的当务之急。单模光纤(SMF)技术经历了三十多年的发展,已经难以满足当前光纤通信的带宽要求,其传输容量已达到极限。为了突破其容量极限,光通信研究界开发出了基于新的自由度复用技术-模式复用(MDM)。光纤MDM技术,包括轨道角动量(OAM)复用技术,已被视为进一步提高光通信容量的最为理想的复用技术。相比支持一个纤芯基模的SMF,少模光纤(FMF)支持多个纤芯本征模。MDM技术以FMF为传输媒介,将各模式作为多路信息各自的传输通道,从而成倍提高通信容量。MDM技术的发展中,针对FMF的模式选择性耦合器,以及在发送与接收端复用/解复用各路模式已成为MDM的关键性技术之一。本文就此项技术提出了新的器件结构和设计思路,经理论分析和数值模拟,讨论了设计的合理性和可行性。本文以光纤光栅模式耦合理论为基础,分别就MDM技术的模式选择性耦合及复用/解复用技术,以及OAM复用技术中光纤OAM模的耦合产生方法提出了新的技术思路和方法。具体内容如下:论文第一章介绍光通信概况及技术发展史,对新的复用方式-空分复用(SDM)技术进行了详细地介绍,包括多芯光纤(MCF)技术以及MDM技术和OAM复用技术。提出了MDM的几项关键性技术,并深入介绍了针对模式选择性耦合器以及复用/解复用技术的国内外研究状况。论文第二章在耦合模理论的基础上,针对光纤光栅共线耦合(包括反射型、透射型以及多模耦合型)以及光纤包层模跨光纤共面耦合,分别给出了求解耦合模方程的具体求解过程,得到解的一般形式,解决了现有教材或文献对某些具体问题介绍的局限性。论文第三章针对MDM模式选择性耦合技术及复用/解复用技术,提出了两套设计思路,即利用光纤布拉格光栅(FBG)、长周期光纤光栅(LPFG)和光环形器组合成模式复用/解复用器件,以及利用平行LPFG实现模式的选择性耦合与上传/下载功能。经理论分析,后一种设计结构,相比现有的同类型设计,在复用上传和解复用下载多个纤芯模时,具有较低的模式干扰特性。其耦合效率能达98%,3d B转换带宽为10nm左右。论文第四章首先通过理论推导和计算,模拟分析了倾斜FBG的反射谱带宽特性,得到了反射带宽与光栅倾斜角之间的关系,结果表明在倾斜角为8o、14o等特殊角处,带宽压缩程度最明显;另外,利用大数值孔径光纤的模式退简并特性以及倾斜光纤光栅的模式耦合特性,本章理论上分析和模拟了大数值孔径倾斜光纤光栅对光纤OAM模的耦合产生。该方法灵便简单,耦合效率高,为全光纤型OAM模产生器提供了新的设计思路和技术方法。