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新型特种光纤及其应用的研究

廉玉东  
【摘要】:随着大容量、高速率、长距离光纤通信的快速发展,新型特种光纤及其相关器件越来越受到重视。而随着物联网技术的发展,用户对于接入带宽的需求也越来越大,传统的ADSL宽带接入方式已经无法满足用户需求,光纤到户(FTTH)成为了运营商解决"最后一公里"的最终形式,这对于光纤的弯曲性能提出了很高的要求。400G光网络正在逐步部署,其中一个技术要求便是光源,多波长光纤激光器由于结构紧凑、成本低等优势成为了研究热点。本文在实验室承担的973项目、863项目和国家自然科学基金项目的支持下,对以上几个方面做了研究工作,取得如下的研究成果:(1)分开讨论了光纤制作过程中的各个步骤,分析了可能出现的问题。对利用MCVD法制作的两种特种光纤——多包层大模场单模光纤和掺铒扁光纤进行了简单分析。其中多包层大模场单模光纤模场面积可以达到332μm2,截止波长控制在1350nm,可以保证在1550nm处单模传输。首创性提出掺铒扁光纤,提出了制作扁光纤的工艺方法,为制作特殊几何结构纤芯的光纤提供了指导意义。(2)基于微扰法理论推导了弯曲不敏感光纤的弯曲损耗,并通过测量商用弯曲不敏感光纤的弯曲损耗进行了实验验证,实验结果和计算结果较为吻合。对抛物线型芯子大模场有效面积弯曲不敏感光纤的参数进行了优化,得出优化参数下弯曲半径为5mm时,1550nm处弯曲损耗可低至0.052dB/turn,模场面积可达260μm2。基于粒子群算法对阶跃型下陷层辅助型弯曲不敏感光纤进行了优化,当截止波长为1260nm,弯曲半径为3mm时,1550nm处弯曲损耗可低至0.044dB/turn,模场直径可达8.9 μm。实际设计制作了一种阶跃型下陷层辅助弯曲不敏感光纤,其截止波长为1263nm,模场直径为10.7μm,色散为17.69ps/nm·km,弯曲半径为5mm时,1550nm处的弯曲损耗低至0.05dB/turn。验证了所制作光纤在满足ITU-T关于弯曲不敏感光纤的建议的情况下,与商用Corning SMF、G657A和G657B相比,同条件下弯曲损耗分别能降低1~3个数量级,综合性能完全占优。(3)建立了一种基于掺铒双芯光纤(ED-TCF)和非线性偏振旋转(NPR)效应的可调谐多波长光纤激光器。通过调节偏振控制器,室温下可以实现1-4个波长的激光输出,波长数和波长位置均可调节。相邻波长之间的间隔为1.1nm,各个波长的信噪比均高于43dB,3-dB带宽小于0.06nm,各个波长峰值功率差别在2dB以内。30分钟的测试时间内激光输出的稳定性较高,各波长的峰值功率抖动低于5dB,波长漂移小于O.01nm。(4)建立了一种基于掺铒双芯光纤(ED-TCF)和非线性光学环镜(NOLM)的多波长光纤激光器。室温下可以实现8个波长的稳定输出,相邻波长之间的间隔为1.5nm,各个波长的信噪比均高于45dB,3-dB带宽为0.09nm,各个波长峰值功率的差异在2dB以内。30分钟的测试时间内激光输出的稳定性很高,各波长的峰值功率抖动低于0.4dB,波长漂移在0.015nm以内。


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