【摘 要】
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近年来随着光纤通信业务量的快速增长,基于少模光纤（Few-mode Fiber,FMF）的模分复用技术由于可以大幅度提升光通信的传输容量而引起人们广泛关注。在模分复用系统中,模式转换器（Mode Converters,MCs）作为关键性器件,可以将一个特定的模式转换为其他模式。其中,基于少模光纤布拉格光栅（Few-mode Fiber Bragg Grating,FM-FBG）的MCs可以实现前向
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近年来随着光纤通信业务量的快速增长,基于少模光纤（Few-mode Fiber,FMF）的模分复用技术由于可以大幅度提升光通信的传输容量而引起人们广泛关注。在模分复用系统中,模式转换器（Mode Converters,MCs）作为关键性器件,可以将一个特定的模式转换为其他模式。其中,基于少模光纤布拉格光栅（Few-mode Fiber Bragg Grating,FM-FBG）的MCs可以实现前向模到相位匹配的后向模的耦合,并且具有制作工艺成熟、结构简单、操作灵活、应用范围广以及损耗低等一系列优点。本文针对非对称FM-FBG中模式的激励以及模式的转换特性进行了研究,主要研究内容如下:（1）研究了基于阶跃型光纤以及自制FMF的FM-FBG的标量模式转换特性。分别在LP01与LP11的模式激励下,探究衰减系数α、光栅长度L以及光栅幅度函数χ（z）对模式转换的影响。结果表明通过优化α可以进一步提高交叉耦合的模式转换效率。（2）在UV单侧照射的情况下,利用相位掩模法在自制FMF上写入了不同的FM-FBG。首先在LP01模式的激励下,提出一种确定UV单侧曝光下FM-FBG折射率调制分布的横向非对称性（以α表征）的方案,这种非对称性可以实现不同角向阶数模式之间的转换。结果得到实验中α的值约为0.2μm-1,以及当移动速度为0.2mm/s时χ（z）为2.8×10-4。并通过优化α(0.16μm-1)实现LP01-LP11较大的模式转换效率。其次通过错位熔接法实现LP01与LP11模式同时被激励。（3）研究了基于空气环芯光纤以及反抛物线型光纤的FM-FBG的矢量模式转换特性。分别在HE11与HE21的模式激励下,分析了非对称FM-FBG中α对矢量模转换的影响。结果表明不同结构的光纤α的最优值不同,对于空气环芯光纤的FM-FBG,交叉耦合的模式转换率在α为0.4μm-1处达到最大;而对于反抛物线型光纤的FM-FBG,α的最优值为0.3μm-1。基于FM-FBG的MCs在模分复用技术中有着重要的意义,当光栅具有非对称折射率调制分布时可以实现不同角向阶数模式之间的转换。本文的研究及结论在少模光纤器件以及模分复用光通信的领域具有潜在的应用。
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