具有双模特性的大模场面积微结构光纤的设计.pdf

物 理 学报 ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．1(2014) 014701 具有双模特性的大模场面积微结构光纤的设计术 陈艳) 周桂耀)十 夏长明) 侯峙云)刘宏展 ) 王超2) 1)(华南师范大学微纳光子功能材料与器件重点实验室，广州 510006) 2)(燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，秦皇岛 066004) (2013年7月19曰收到；2013年9月9日收到修改稿) 本文提 出了一种具有双模特性大模场面积的微结构光纤，通过有限元法计算其模场分布、基模有效模场 面积及弯曲损耗特性，并分析 了不 同结构参量对限制损耗及有效模场面积的影响．计算结果表明：通过合理地 改变光纤结构参量，可以使二阶模LP11、三阶模EHll截止，实现基模LPol、三阶模HE31双模传输，其 中基模 的有效模场面积可达700 m ．这种结构的光纤制作简单，在大容量光纤传输系统中具有重要应用． 关键词：微结构光纤，双模，大模场面积，有限元法 PACS：47．11．Fg，42．81．Ob，42．68．Ay，42．81．一i DOh10．7498／aps．63．014701 因此，如何有效地减少少模光纤的模式数量、增大 1 弓l 言 模场面积、降低传输损耗是急需解决的问题． 本文提出了一种具有双模特性的大模场面积 随着光纤通信网络的快速发展，现有单模光纤 微结构光纤．通过合理地改变光纤结构参数，可提 的传输容量逐渐无法满足当今信息 日益增长的需 高模场面积、降低传输损耗，控制光纤只支持基模 求，为了克服光纤通信 的容量 限制，从而提 出了基 LP01和三阶模HE31，从而实现双模传输．相比于最 于少模光纤的模分复用技术fMDM)[1,2]．少模光 近报道 的多芯双模大模场光纤 [，引，该光纤为单芯 纤支持有限个模式传输，相比于单模光纤，可利用 结构，基模有效模场面积可达700 m2，支持基模 MDM技术增大光纤传输容量；而相比于多模光纤， LPo1和三阶模HE31独特的双模传输；而相 比于近 又可通过合理地改变结构参数来控制模式数量，从 来出现的新型微结构光纤 [10,11]，该光纤结构简单， 而降低模式色散和串扰．此外，少模光纤还可应用 材料组成单一，易于拉制． 于一些光栅和传感器中，这些器件通过检测模式耦 合对应的谐振波长变化，可以对温度、应变等多种 2 光纤结构设计 物理量进行测量 [3-5]． 影响光纤传输容量的主要因素是光纤的非线 双模特 性 的大模场微 结构光纤横 截面如 性效应，而光纤的非线性系数与有效模场面积成反 图l所示，光纤包层空气孔呈花瓣形排列，四组 比，可通过增大纤芯直径增加模场面积从而降低非 梯形空气孔群对称分布于纤芯周围，其特点相 比传 线性效应 [0，，但是这样会增大光纤的弯 曲损耗和 统的微结构光纤，多出了四条泄露通道．该光纤包 模式数量，影响光纤传输质量．少模光纤不仅能增 层可看成由四个微结构包层元素组成，每个微结构 加纤芯直径提高传输容量，还能大大降低色散和传 包层元素 内空气孔直径为d，相邻空气孔间距为 ／l， 输损耗．但是少模光纤还存在一些 问题：模式数 目 石英包层直径为190 m，折射率为n。ld=1．45，工 的增加会增大光纤的传输损耗 以及本身的稳定性． 作波长1．55 m，定义相对空气孔径f=d／A． 国家重点基础研究发展 (973计划)(批准号：2010CB327604)和国家自然科学基金 (批准号资助的课题