新型抗弯曲光子晶体光纤的设计与分析

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在光纤到户(Fiber to the Home, FTTH)的工程建设中,光纤一般经过多次弯曲后再固定在接线盒等具有狭小空间的线路终端设备中,因此,受外力作用而弯曲引起的损耗是影响FTTH性能的主要因素。传统光纤具有一定的抗弯曲性,但弯曲到一定程度后的损耗较大,不符合FTTH短距离通信传输标准。光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber, PCF)具备优良的弯曲不敏感性,能在狭小空间中以较小的弯曲半径安装,为设计符合FTTH短距离通信用的低弯曲损耗光纤提供了新途径。本文运用全矢量有限元法(Finite Element Method, FEM)、PCF弯曲折射率模型以及计算机仿真软件COMSOL,对PCF的弯曲特性及其与标准单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)的接续特性进行了理论研究和数值仿真。提出了一种掺锗芯PCF,独特的非对称包层结构使其具有优良的抗弯曲特性:随着掺锗纤芯半径的逐渐增大,对应基模的弯曲损耗逐渐减小,有效模场面积逐渐增大;而随着掺锗纤芯折射率在一定范围内的增大,对应基模的弯曲损耗、有效模场面积均逐渐减小;基模的弯曲损耗则是随着弯曲半径的减小而整体上表现为逐渐增大的趋势。数值结果表明:当纤芯半径大于3.9μm,纤芯折射率介于1.4493-1.4530时,光纤弯曲之后仍然可以保持单模运转;在波长1550nm处,弯曲半径为5mm时,基模的弯曲损耗为0.014dB/km,有效模场面积为62.17μm2,对应模场直径为8.9μm,与标准单模光纤具有良好的适配性。该光纤实现了低弯曲损耗单模传输特性,也使光纤可以承受的弯曲半径变得更小。根据FTTH光缆网络系统的性能标准,设计了一种基于PCF的入户传输系统;讨论了光纤接续的理论模型,分析了影响PCF与SMF接续损耗的主要因素,并基于FEM,分析了结构参数改变对PCF与SMF-28光纤的接续损耗的影响。研究成果为光纤到户用低弯曲损耗光纤的实用化奠定了良好的基础。
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