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一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

王晓凯 李建设 李曙光 郭英 孟潇剑 汪国瑞 王璐瑶 李增辉 赵原源 丁钰鑫

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一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

王晓凯, 李建设, 李曙光, 郭英, 孟潇剑, 汪国瑞, 王璐瑶, 李增辉, 赵原源, 丁钰鑫

Design and research of a broadband mode division multiplexer based on three core photonic crystal fiber

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出版历程
  • 收稿日期:  2021-06-24
  • 上网日期:  2021-11-16

一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

  • 1. 燕山大学
  • 2. 燕山大学理学院
  • 3. 河北省秦皇岛市燕山大学西校区理学院
  • 4. 东北大学信息科学与工程学院 流程工业综合自动化国家重点实验室
  • 5. 河北省秦皇岛市燕山大学理学院
    基金项目: 国家级-国家重点研发计划(2019YFB2204001)

摘要: 本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器。该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的两个旁芯构成。根据光耦合理论,在输入端对三个纤芯分别输入LP01模式的光,在传输过程中左旁芯的LP01模式的光将逐步向中心纤芯耦合并转换为LP21模式传输,而右旁芯中的LP01模式的光则逐步耦合并转换为中心纤芯中的LP31模式来传输。通过对光纤结构的优化设计和光纤长度的选择,使得在输出端同时完成旁芯LP01模向中心纤芯LP21和LP31模的最佳转换,从而实现LP01、LP21和LP31三种模式的光在中心纤芯中的复用。反之,若将该器件的输出端用作输入端则可以实现中心纤芯中三种模式的光向三个纤芯的解复用。本文利用有限元法和光束传播法进行了优化设计和仿真,并将光耦合理论与超模理论相结合进行了分析计算,结果表明在1.49μm-1.63μm的波段下,该器件插入损耗最高为0.72dB,在中心波长1.55μm处器件插入损耗为最低值0.543dB,远低于大家普遍采用的1dB插入损耗的评价标准。较低的插入损耗也为级联型多芯光子晶体光纤模分复用器设计提供了可能。和现有的模分复用方案相比,该器件的集成性更高,受外界影响更小,与多芯空分复用光纤搭配使用,可以更好地提高模式转换效率和模式纯度,降低耦合复杂度,拓展通信容量。

English Abstract

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