标准单模光纤的传输容量已接近其理论极限,光纤通信系统扩容需求日益迫切。为了应对这一挑战,空分复用技术成为国内外研究热点,利用光信号的空间维度,可以成倍地提升光纤通信系统的传输容量。模分复用作为空分复用的一种实施方案,利用同一纤芯内不同的空间模式作为并行信息传输通道,成为解决标准单模光纤通信系统容量瓶颈的有效技术途径。其中,模式复用/解复用器件与降低差分模式增益(DMG)的少模增益均衡器是模分复用两个核心器件。论文旨在通过设计和制备超宽带模式选择性耦合器(MSC)和抑制DMG的全光纤型器件,以提高光纤通信系统扩容的兼容性和可靠性。论文的主要创新性研究成果包括:(1)针对MSC器件工作波段受限的应用挑战,提出了一种基于深度神经网络(DNN)的超宽带MSC设计策略,利用DNN建立器件桥纤参数与宽波段基模有效折射率间的映射关系。对于任意给定的少模光纤,训练好的DNN可快速给出MSC器件的最优桥纤参数,在S+C+L波段实现基模与高阶模之间的相位匹配。(2)针对宽波段MSC设计转换效率低的问题,利用DNN成功设计了一个超宽带四模MSC,平均转换效率超过93%,平均消光比超过17 d B;亦可完成宽带轨道角动量(OAM)模式转换器设计,转换后的OAM和OAM模式在S+C+L波段上的平均模式纯度大于97%,平均模式转换效率超过89%。与传统遗传算法优化结果相比,DNN辅助器件设计在优化时间和超宽带性能上存在明显优势。(3)针对少模光纤放大器DMG的应用挑战,提出基于飞秒激光诱导折射率调制的少模增益均衡器件,利用少模光纤纤芯处可调控折射率调制对不同模式产生损耗差异。实验结果表明,在保证C波段两模光纤放大器的增益大于20 d B的条件下,C波段最大DMG从5.4 d B减少到1.64 d B,增益均衡后平均DMG值仅为0.75 d B。
暂无评论