少模光纤 Few-mode fibers

2022-12-01 10:31:09 浏览:343

定义

仅支持少数引导模式的光纤。

单模光纤(每个偏振方向仅支持一种引导模式)与多模光纤(支持多个引导模式)之间存在共同的区别。 对于仅支持相对较少的引导模式的多模光纤 - 例如,大约 10 到 20 个,或者有时只有 2 或 6 个,通常使用术语少模光纤。

引导模式的数量取决于这些模式的计算方式!

引导模式通常被描述为LP模式,并计为LP模式,忽略简并。 例如,六模光纤可能具有 LP01(基本模式),LP11, LP21, LP02, LP31和 LP12。由于所有具有非零l的模态都存在两个不同的方向,因此单独计算不同方向的空间模态的全部数量实际上是 2 + 4 ·2 = 10。 同样计算偏振方向,可以得出20个模态的总数。 同样,双模光纤(LP01和 LP11) 实际上表现出 6 种不同的模式,考虑简并和极化。

在某些情况下,术语少模光纤用于大模域光纤,人们尝试像单模光纤一样使用,尽管它们支持几种高阶模式。 通过稍微进入多模状态,可以实现明显更高的有效模式面积和相应的弱光纤非线性。 略微增加的模式数量不会被利用,而只是被容忍,并且确实会产生有害的副作用。 例如,高功率光纤放大器中存在非线性模态不稳定性,这可能会非常令人不安。

在一些现代电信系统中,利用多种传播模式的存在来增加光纤链路的总传输容量。

具有相当小或有时数量稍多的引导模式(例如,在 10 到 20 之间)的光纤对于具有模分复用(一种空分复用)的光纤通信等应用很感兴趣。 在这里,人们利用多种模式来增加传输容量,但如果光纤支持太多的模式,所使用的技术将无法很好地工作 - 例如,因为这会导致模式耦合增加。 (这种系统对模式耦合效应的灵敏度实际上取决于所使用的工作原理;例如,当使用高级MIMO技术[7]时,它相对较弱。 其中一些光纤是阶跃折射率光纤,但通常更喜欢具有抛物线折射率曲线的分级折射率光纤,其差模延迟比步进折射率光纤低得多(远低于 1 ps/m)。

在某些情况下,很少模光纤被考虑用于仅利用基本模式的操作模式下的电信应用;与单模光纤相比,人们受益于增加的有效模面积[3]

通常,少数模光纤的引导模式表现出实质性不同的相位常数(β值),因此有效折射率,而群速度可能或可能不会显着差异,具体取决于光纤设计。

与单模光纤相比,在少模光纤中,可以产生多模非线性效应,例如跨相位调制和参数放大,以及涉及具有延迟非线性响应的非线性效应,例如受激布里渊散射。 在具有低差模延迟的光纤中,这种现象的倾向可能会增加。

少模光纤也可用于光纤传感器,其中利用多种引导模式的存在来实现多参数传感[15]

有源少模光纤

还可以制造有源(和稀土掺杂)少模光纤,通过它可以实现少模光纤放大器[2, 5, 6, 9, 17, 19]。 然后可以同时放大这种光纤的所有模式。 但是,与模式相关的增益可能存在问题:对于不同的引导模式,放大器增益可能明显不同,这在高增益放大的情况下可能导致巨大的功率差异。 光纤设计可以针对最小差分模态增益 (DMG) 进行优化 [5];使用包层泵送也很有帮助[14]。 另一种方法是使用可重新配置的多模泵,其中泵浦功率在泵模式上的分配针对最小模式相关增益进行了优化。

作          者: 泮桥成像光电商城

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