光纖技術(shù)自從問世以來,已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于通信、激光以及傳感等領(lǐng)域。各種光學(xué)復(fù)用技術(shù)的出現(xiàn),如波分復(fù)用技術(shù)、時(shí)分復(fù)用技術(shù)以及空分復(fù)用技術(shù)等,提高了光纖的信息容量,將光纖光學(xué)系統(tǒng)拓展至高維領(lǐng)域。高維光纖系統(tǒng)具有極大的信息容量、繁多的模式結(jié)構(gòu)以及復(fù)雜的模間相互作用等特點(diǎn)。這些特性使得高維光纖系統(tǒng)成為研究與發(fā)展高速光通信技術(shù)和高功率激光技術(shù)的良好平臺(tái)。時(shí)分復(fù)用與波分復(fù)用,是已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在傳統(tǒng)光通信領(lǐng)域的復(fù)用技術(shù)。它們分別在時(shí)域與頻域拓展光信號(hào)的自由度,以期望在更少的信道內(nèi)獲得更高的信息容量。當(dāng)這些技術(shù)與新興的量子信息技術(shù)相結(jié)合時(shí),將誕生一種全新的高維光量子態(tài)。高維量子態(tài)在量子信息領(lǐng)域有著重要應(yīng)用,不僅適用于復(fù)雜的高維量子計(jì)算,還可以運(yùn)用到高維量子通信中,從而大幅提高量子信息容量。空分復(fù)用技術(shù),采用空間維度復(fù)用光信號(hào),是一種更為新型的復(fù)用技術(shù),也是突破傳統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)瓶頸的下一代通信技術(shù)。單模光纖優(yōu)良的單模性,使其一度成為光纖通信的首選介質(zhì)�？辗謴�(fù)用技術(shù)的光纖系統(tǒng)概念的提出,也預(yù)示著多模光纖的回歸,多模光纖再次成為研究的熱點(diǎn)。在各種類型的多模光纖中,一種可以用以穩(wěn)定傳輸高維軌道角動(dòng)量模式的光纖—... 

【文章來源】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：118 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２具有軌道角動(dòng)量Ｌ以及自旋Ｓ光束：光強(qiáng)（黑底白色圖片），相位（綠色）和自旋??（或者說是偏振態(tài)，曲線箭頭表示）

?第１章緒論???Ａ?—?Ｈ?□??ｉＰｊｉ??ｎ＊？??－?ｈＡ，??１—ａ——Ｃ—□??Ｃ?Ｄ?Ｅ??ｎ？°？?ｐ＾ｉ??－Ｂ?：｜國(guó)??圖１．３階躍光纖中的模式。（ａ）標(biāo)量模式（ｂ）矢量模式。中間的橫線代表《＜的分類。??（ｃ－ｅ）矢量模式解，包含偏振方向及模式簡(jiǎn)并。摘自文獻(xiàn)［２８］??圖１．３?ｂ展示了矢量模式的光場(chǎng)￥強(qiáng)度分布和各個(gè)矢量模式的對(duì)應(yīng)。很??顯然，這些模式的強(qiáng)度分布與前一節(jié)中提到的自由空間中的偏振渦旋光一致。圖??１．３ｃ－ｅ展示了光纖中的模式更多復(fù)雜的簡(jiǎn)并形式。對(duì)于柱對(duì)稱模式，標(biāo)量模式??ＬＰ＾和矢量模式ＨＥ１［ｎ中，存在兩個(gè)正交偏振方向的二重簡(jiǎn)并（如圖１．３ｃ所示）。??這些模式，偏振都是統(tǒng)一的，不存在渦旋偏振光的情況，并且這些模式也不含有??軌道角動(dòng)量（ＯＡＭ）。如果從自旋角動(dòng)量（ＳＡＭ）的角度出發(fā)，左旋和右旋的偏??振光中，每個(gè)光子含有±１６的ＳＡＭ但是對(duì)于高階標(biāo)量模ＬＰＵ，存在四種簡(jiǎn)并??的矢量模式——ＴＥ０１，ＨＥ＾，ＨＥ＾ｄ，ＴＭ０ｌ?（如圖１．３ｂ和１．３ｄ所示）。這些模式中??ＨＥ２，的兩個(gè)模式嚴(yán)格簡(jiǎn)并，并且與ＴＥ。，、ＴＮ／＾的兩個(gè)模式的有效折射率有一??定的差值。在此以后，更高階的模式（Ｕ＼ｍ，Ｌ＞ｌ）將包含兩個(gè)分立的矢量模式??解，稱為模式（如圖１．３ｅ所示）。這些模式中，有效折射率??的值相近的模式在光纖中的群速度也相近，它們會(huì)組合到一起形成一個(gè)標(biāo)量模式。??總的來說，標(biāo)量模式ＬＰｈｎ包含四個(gè)矢量模式ＴＥ＾Ｈ＾＾ＨＥ＾ＴＭ＾，而標(biāo)量??模式ＬＰＵｎ（Ｌ?＞?１）是ＨＥ和ＥＨ模式真正的疊加。??圖１．３．ｄ中展不的光纖的矢量模式中，Ｔ

?第１章緒論???著光纖的微擾變化一樣。很顯然，這些組合模式與圖１．３中的標(biāo)量模式解ＬＰｎ模??式非常相似。在實(shí)驗(yàn)中被觀測(cè)到這些模式時(shí)，它們經(jīng)常被認(rèn)為就是ＬＰｈ模式。但??是，需要明確的是它們并不是光纖中的本征模式。一個(gè)真正的光纖本征模式必須??是隨著光纖傳播其形狀或大小不發(fā)生改變的狀態(tài)。但是這種所謂的“ＬＰｕ”模式??在光纖中傳輸時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變方向，就算是在無彎曲的直光纖中也是如此。這是因?yàn)樵??矢量模式疊加過程中相長(zhǎng)或者相消干涉（圖中的“?＋?將導(dǎo)致ＬＰｈ模式存在??９０度的旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，這種模式還存在拍長(zhǎng)１是光的波長(zhǎng)，是矢量??模式間的有效折射率差值。??總的來說，光纖中本身的本征模式可以組合成特定的渦旋光束，包括偏振渦??旋光（柱矢量光束）和相位渦旋光（軌道角動(dòng)量光束）。光纖中產(chǎn)生渦旋光有各??種各樣有效的手段。但是，傳統(tǒng)的光纖中并不能支持這些渦旋光的遠(yuǎn)距離傳輸。??在下一節(jié)中，我們將介紹一種可以穩(wěn)定傳輸渦旋光的光纖的設(shè)計(jì)原理，這也是本??文的核心內(nèi)容。??ｌｐ－Ｂｉ?ｑｑ?國(guó)Ｉ??圖１．４?一階高階模組的模式表示。第一行：本征矢量模式、第二行：實(shí)驗(yàn)測(cè)得的不穩(wěn)定模??式，由第一行的矢量模式疊加而成。摘自文獻(xiàn)［３４］??１．３．２渦旋光纖的設(shè)計(jì)原理??根據(jù)上一節(jié)的描述，光纖中渦旋光模式的不穩(wěn)定性是來自于矢量模式的近簡(jiǎn)??并態(tài)。傳輸模式間的耦合會(huì)隨著模式間有效折射率差值的增大而減少［７＼??這一節(jié)中，我們主要聚焦于以＾模組的光纖設(shè)計(jì)，上節(jié)提到的這個(gè)模組包含四個(gè)??矢量模式，分別是ＴＥｙ?（角向柱矢量偏振光）、ＴＭｏ，（徑向柱矢量偏振光）和??ＨＥ２，（軌道角動(dòng)量模式）。這些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則也可以推廣到更高階Ｌ＞１的Ｏ

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Intermodal group-velocity engineering for broadband nonlinear optics[J]. JEFF DEMAS,LARS RISH?J,XIAO LIU,GAUTAM PRABHAKAR,SIDDHARTH RAMACHANDRAN.  Photonics Research. 2019(01)



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