全介质多层光纤及全介质多层光纤在光通信系统中应用的研究

摘要

波分复用技术近几年来发展迅猛，在DWDM通信系统中，影响光纤长距离传输及其传输性能的主要限制因素为：损耗、色散和非线性效应，它们对于不同类型光纤的传输性能有决定性的影响，进而影响DWDM系统的传输性能。于是对光纤性能提出了新的要求：纤芯有效面积大、具有优良的色散特性、提供低色散斜率的低色散或者提供低色散斜率的色散补偿、制作工艺容易便于生产。全介质多层光纤具有可调参数多、大有效面积、负色散且色散曲线平坦和低损耗的特点，而且制作难度与普通光纤相当，能广泛应用于DWDM系统中。　　在本文中，提出了在MATLAB语言中，采用矩阵算法和数组算法来改进FDTD算法，使计算效率大幅度提高，并在此基础之上做了推广。并应用这种算法计算全介质多层光纤在单模传输条件下的模场分布，先给出全介质多层光纤的模场直径　　(MFD)的计算，然后分别计算在有关参数变化时对模场分布的影响，并设计了一个大有效面积的全介质多层光纤。在此基础上，计算分析各种参数对全介质多层光纤的色散的影响，并对全介质多层光纤的损耗作了定性的分析；并设计了一种负色散且色散曲线平坦、低损耗、大有效面积的全介质多层单模光纤，这种光纤能很好地进行色散补偿和降低非线性效应，而且制作成本与普通光纤相当，因此在DWDM系统中能够得到广泛的应用。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1通信光纤的研究现状

1.2全介质多层光纤光纤简介

1.3全介质多层光纤的计算方法简介

1.4本文的研究重点和内容安排

参考文献

第二章时域有限差分法理论

2.1时域有限差分法特点

2.2 Maxwell方程组和Yee元胞

2.3柱座标系中FDTD的三维差分方程组

2.4柱坐标系中轴对称情况下的差分方程

2.5归一化和计算顺序

2.6空间离散间隔和时间离散间隔的确定

2.7介质界面电磁参数的选取

2.8边界条件的设定

2.9激励源

2.9.1源的分类和选择

2.9.2源的加入

2.10频域转换分析

2.11计算时间步

参考文献

第三章全介质多层光纤和FDTD算法的改进

3.1全介质多层光纤的简介

3.2全介质多层光纤的制作

3.3全介质多层的性能简介

3.4应用MATLAB语言实现FDTD的计算

3.4.1矩阵运算

3.4.2数组运算

3.4.3结果分析与比较

参考文献

第四章全介质多层单模光纤的模场计算及分析

4.1模场直径

4.2各种参数模场计算及结果分析

4.2.1纤芯—包层的相对尺寸

4.2.2纤芯—包层相对折射率差

4.2.3包层的周期数

4.2.4包层的厚度

4.3大有效面积的全介质多次光纤的设计

4.4小结

参考文献

第五章全介质多层单模光纤的色散和损耗分析

5.1全介质多层单模光纤的色散

5.2全介质多层单模光纤的损耗

5.3低色散、低损耗、大有效面积的全介质多层光纤的设计

参考文献

结束语

致谢

硕士期间公开发表论文