Page 24 - 网络电信2023年10月刊
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光 通 信
2.4 有效模场面积及非线性 图9 不同矢量模式在不同波长下的非线性系数变化
非线性系数是衡量光纤非线性效应的重要指标,非线性效
应是影响模式传输质量的重要因素之一,OAM模式的非线性效应
越小,光纤通信系统的传输质量越好。非线性系数计算表示为
[22]
(6)
-20
式中,n2表示材料的非线性折射率,其取值为n 2 =2.6×10
-1
-1
-1
m2•W ;A eff 表示模式的有效模式面积,γ的单位为W •km 。
OAM模式的非线性系数与其有效模式面积A eff 有很大的关
系。对于多模光纤来说,大模式面积是至关重要的属性,具有
较大模式面积的OAM光纤不易受到非线性效应的影响。因此应
尽可能地使光纤具有较大的有效模式面积,提高模式的传输质
量。A eff 表示为[22]
三、结论
本文设计了一种基于阿基米德螺线的螺旋光子晶体光纤,
(7)
在1300~1800 nm波段内可稳定传输22种OAM模式。通过仿真计
算得到该结构具有以下特性:(1)有效折射率差大。各个矢量模
式的有效折射率差均大于1×10-4,在1 550 nm波长下的有效折
式中,E(x,y)表示光纤的横向电场强度分布,A eff 的单位为
2
μm 。 射率差可达到2.89×10-3,有效避免了模式间的耦合,保证模
式的稳定传输;(2)色散系数低且色散曲线平坦。在1 300~1
根据式(6)和式(7)可以看出,OAM模式的A eff 和非线性系数
是呈倒数关系的,A eff 越大,非线性系数就越小,光纤通信系统 800 nm波段内,OAM模式的色散系数维持在58.36~286.91
ps/(nm•km),EH1,1模式的色散变化幅度可达到 0.55 ps/
的传输质量越高。不同矢量模的有效模式面积随波长的变化如
图8所示。由图中可以看出,在1300~1800nm 波段上,TE0,1 (nm•km);(3)低限制损耗。在1 550 nm波长下,HE1,1模式的限
2
模式拥有最大的有效模式面积,约为54.49 μm ;其次为HE 7,1 模 制损耗为1.39×10-9 dB•m-1,提高了光纤通信中信息传输的质
2
2
式,约为51.81μm ;最小的是HE 1,1 模式,约为33.32μm 。随着 量;(4)较低的非线性系数。HE7,1模式在1 550 nm波长下的非
线性系数为2.17 W-1•km-1,有效地减小了非线性效应对OAM模式
波长和矢量模式阶数的增加,各阶模式的A eff 也随之增加。
非线性系数与A eff 相反,不同矢量模的非线性系数随波长的 传输的影响。该研究成果为光子晶体光纤功能器件的研发提供
了理论支持,且对高容量光纤通信中基于光纤的 OAM 多路复用
变化如图9所示,在1300~1800nm波段上,HE 1,1 模式的非线性系
-1
-1
数值最大,约为3.77W •km ,TE0,1模式的非线性系数最小,约 有着重要的意义。
-1
-1
为1.67W •km ,各阶模式的非线性系数随波长和模式阶数的增加
而逐渐减小。在1550nm波长处,HE 7,1 模式的非线性系数为2.17
-1
-1
W •km ,该结构的模式非线性系数小,有利于减小光纤中的非线
性效应,更有助于OAM模式在PCF中的稳定传输。
参考文献
图8 不同矢量模式在不同波长下的有效模式面积变化 [1] Allen L,Beijersbergen M W,Spreeuw R J C,et al.Orbital
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