Page 23 - 网络电信2023年10月刊

图6 相邻矢量模式在不同波长下的有效折射率差变化 图7 不同矢量模式在不同波长下的色散系数变化

过程中，高阶OAM模式的稳定性低于低阶OAM模式，所以高阶OAM
模式比低阶OAM模式的色散系数大。在1 550 nm波长下，HE1,1
-4
-3
1550nm处HE 3,1 与EH 1,1 的Δn eff 为2.89×10 ,比1×10 高一个数量 模式的色散系数最小，约为66.42 ps/(nm•km),HE7,1模式的色
eff
级。Δn 的提高使得模间耦合减少，模间串扰的可能性也大大 散系数最大，约为253.2 ps/(nm•km)。大色散使高阶OAM模式对
降低，在模分多路复用通信系统中，产生这些结果的结构在模 波长的变化更加敏感，所以相比于高阶OAM模式，低阶矢量模式
式分复用通信系统中是很有价值的。 的色散曲线更加平坦。在长距离传输中，色散系数具有重要的
2.2 色散特性 作用，小而平坦的色散使得通信质量大大提高。
光纤中传输的光信号在光纤中以不同的速度传播，到达一 2.3 限制损耗
定距离后将会引起传输信号畸变，导致通信质量下降，这种效 在传播过程中，现实因素以及光纤结构中气孔存在且数量
应称为光纤色散 [16,17] 。光纤中的色散主要包括材料色散和波导 有限的原因[20],导致光信息从纤芯渗透到包层中，造成光信息
色散 [18] 。材料色散取决于光纤材料自身的特性，不同光纤材料 的泄露，缩短了传输距离，传输信息的质量降低，因此设计出
的折射率在不同波长下的取值不一，但在有限元计算中已经将 低损耗的PCF是长距离信息传输的重中之重。限制损耗的计算与
Sellmeier中的材料色散计算在内，所以光纤色散主要取决于波 OAM模式的有效折射率虚部有关[21]:
导色散。波导色散D主要受光子晶体光纤结构的影响，与矢量模
的n eff 有关 [19] :

（5）
（4） 式中，Im(n eff )表示各个OAM模式的有效折射率的虚部，λ
-1
表示波长，L的单位为dB•m 。
式中，c表示真空中的光速，Re(n eff )表示各个OAM模式有效 表2记录了不同矢量模式在1550nm波长处的限制损耗。由表
-1
-4
-9
折射率的实部，λ表示波长，D的单位为ps/(nm•km)。 可知，在1550nm波长处，限制损耗在10 ～10 dB•m 量级范围
-9
不同矢量模的色散系数随波长的变化如图7所示。由图 内，其中HE 1,1 模式的限制损耗最小，约为1.39×10 dB•m ,而
-1
中可以看出，在1 300～1 800 nm波长下，EH1,1和TE0,1的 HE7,1模式的限制损耗最大，约为4.38×10-4 dB•m-1。随着波
色散度较平坦，EH5,1和HE7,1模式的色散系数相对较高，随 长和OAM模式阶数的增加，矢量模式的限制损耗越来越大，这是
着波长的增大，色散系数呈缓慢增加的趋势，色散曲线较 因为螺旋臂对光束的限制能力随着波长的增加而减小，且模式
为平坦。在1 500～1 600 nm波段上，色散值的变化均小于 阶数越大，能量泄露到包层中的可能性越大。可通过对结构进
15.15 ps/(nm•km),其中EH1,1模式的色散值变化为0.55 ps/ 行优化，减小PCF的限制损耗，限制损耗越小，PCF的传输质量
(nm•km),TE0,1模式的色散值变化为 0.24 ps/(nm•km)。在传输 越好，更有利于长距离传输。
表2 不同矢量模式在1 550 nm波长处的限制损耗

矢量模式 HE 1,1 HE 2,1 HE 3,1 HE 4,1 HE 5,1 HE 6,1
-1
限制损耗/(dB•m ) 1.39×10 -9 3.33×10 -9 7.28×10 -9 2.52×10 -8 1.96×10 -7 4.96×10 -6
矢量模式 HE 7,1 EH 1,1 EH 2,1 EH 3,1 EH 4,1 EH 5,1
-1
限制损耗/(dB•m ) 4.38×10 -4 2.34×10 -8 7.11×10 -8 5.62×10 -7 1.87×10 -5 9.14×10 -4

网络电信 二零二三年十月 43