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李丽君,谭小东. 光子晶体少模光纤中受激布里渊散射的慢光研究[J]. 光通信技术,2021,45(9):49-53.

光子晶体少模光纤中受激布里渊散射的慢光研究

李丽君,谭小东

商洛学院 电信学院,陕西 商洛 726000

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摘要:为进一步提高通信系统的传输容量,采用全矢量有限元法对光子晶体少模光纤进行优化,计算了光子晶体少模光纤中受激布里渊散射(SBS)各模式的光场分布及有效模场面积,模拟了泵浦功率对LP01模和LP11模的慢光延时及展宽因子的影响。结果表明:SBS阈值随光纤有效长度的增加而逐渐减小;相同条件下,LP01模的SBS阀值小于LP11模的SBS阀值,但LP01模的慢光延时大于LP11模;两模式的慢光延时及展宽因子随输入泵浦功率增加而线性增大。优化输入泵浦功率可得LP01模和LP11模的慢光延时分别为881 ns和533 ns,对应的展宽因子分别为1.453和1.293。

关键词:声光耦合;光子晶体少模光纤;慢光;空分复用;受激布里渊散射

中图分类号:TN929.11 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)09-0049-05

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.09.012

0 引言
       随着互联网、大数据及通信技术等迅速发展,信息进入了5G时代,人们对于光纤通信系统的容量需求大大增加[1]。为了满足人们对高容量的传输需求,时分复用[2]、波分复用[3]、频分复用[4]和偏分复用[5]等一些复用技术先后被研究者们应用于通信系统中,但仍不能满足容量传输需求。在此背景下,空分复用(SDM)技术成为了研究者们普遍关注的焦点[6]。该技术采用多个模式或纤芯传输信息[6],从而使通信系统的传输容量大幅度提高,而且未增加铺设光缆所需的空间和资金成本,是现阶段解决传输容量瓶颈问题的有效方式[7]。由于多芯光纤存在芯间耦合与串扰问题,近年来,基于SDM技术的少模光纤(FMF)成为研究者们提高通信传输容量的不二之选[8-9]。
  慢光是指在媒介中传播时的群速度远小于在真空中传播速度的一种光波[10-11],可利用光参量放大(OPA)[12]、受激喇曼散射(SRS)[13]、电磁诱导透明(EIT)[14]、光纤布喇格光栅(FBG)[15]和受激布里渊散射(SBS)[16]等实现慢光。其中,利用SBS实现慢光具有系统设备简单、室温可工作和工作波长可调等优点,已成为实现慢光最理想的途径之一。2013年,SONG K Y等人[17-18]利用实验测得了FMF(两模和四模光纤)的布里渊增益谱。同年,LI A等人[19]也通过实验分析了两模光纤的SBS特性,并测得了其增益谱及慢光延时。2014年,陈艳等人[20]设计出一种微结构FMF,该光纤有2个模式,模式差分群时延都可达20 ps/m,且光纤模场面积较大,模式串扰小。2017年,张伟等人[21]设计出一种光子晶体少模光纤(PC-FMF),该光纤具有大模式差分群时延特性,通过合理调整FMF的结构和参数可以有效解决系统中的模间串扰问题。同年,张燕君等人[22]理论研究了FMF的SBS增益谱,却没有研究其慢光特性。2018年,裴丽等人[23]结合试验阐述了SDM光纤(FMF、多芯光纤)是提高光通信容量的关键技术。2020年,刘畅等人[1]提出一种新型FMF,该光纤模间串扰低。然而,以上对FMF的研究都着重于实验结果,对SBS慢光的理论研究却极少。因此,本文提出PC-FMF中SBS慢光的理论模型。

3 结束语
      本文对正方形PC-FMF中LP01模和LP11模的SBS慢光进行了理论研究,分析了光纤的外包层空气孔对光纤模式及有效模场面积的影响,数值模拟了LP01模和LP11模的慢光延时及展宽因子。结果表明:LP01模和LP11模的慢光延时及展宽因子均与输入泵浦功率成正比;慢光延时增大的同时也伴随着脉冲失真;LP01模更易发生SBS,且慢光延时更大。本文的研究结果对于实现较大慢光延时、减小模间串扰及提升光通信系统传输容量具有一定的理论指导意义。