聚合物光纤信息传输应用基础研究

论文摘要

石英光纤在长距离通信中已占主导地位，但在短距离信息传输和入户中面临成本高、连接不便等困难。聚合物光纤成本低廉、柔韧性好和连接方便的优点已使其成为短距离信息传输和入户的较理想的介质之一，有着广阔的应用前景，引起了广泛的关注。聚合物光纤要走向应用尚需解决一些应用基础问题：精确分析聚合物光纤的带宽和扩展传输带宽的方法：延长聚合物光纤的传输距离：聚合物光纤系统与现有信息传输系统相兼容等问题。本论文依托中科院创新工程等项目对上述这些亟待解决的问题进行了深入和系统的研究，取得了丰硕的成果。本论文的研究成果主要有： 1、用能流方程详细分析了聚合物光纤模式转换系数及其测量方法，实验上测量了聚合物光纤的模式转换系数。由此实验值对聚合物光纤中的模式耦合过程进行了数值模拟，得到了聚合物光纤的模式耦合长度。由模式耦合长度分析了聚合物光纤的传输带宽，分析表明模式耦合对阶跃型聚合物光纤的带宽有扩展作用。本文着重进行了125Mbps·150m聚合物光纤局域网传输实验并获得成功，验证了模式耦合对带宽的扩展作用，表明聚合物光纤百兆速率下的传输距离可超过100米。 2、在聚合物光纤传输系统中成功的实现了波分复用技术，用650hm和520nm的窗口，在同一根商用聚合物光纤中同时成功传输百兆IP数字信号和模拟信号。实验结果显示了使用波分复用技术提高聚合物光纤传输带宽的可行性。 3、研制了与聚合物光纤局域网兼容的自由空间光通信系统，实验表明该系统可以延长聚合物光纤通信系统的传输距离，安装方便快捷，提高了聚合物光纤系统实际应用的灵活性。 4、首次在国内研制成功一整套聚合物光纤接入器件和传输系统，包括聚合物光纤波长转换器、聚合物光纤中继器、聚合物光纤交换机和聚合物光纤网卡等，实现信息从石英光纤干线到终端用户的聚合物光纤接入。传输系统在100Mbps传输速率下眼图清晰，收发信号稳定。该系统已经在国内多家单位进行示范，系统长时间大负荷运行性能良好。 5、研发了军用车载聚合物光纤传输系统，包括军用聚合物光纤交换机、聚合物光纤光电转换器和聚合物光纤光电混装连接器。该系统相关器件符合相应的

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 聚合物光纤的发展史
• 1.2 聚合物光纤在短距离通信中的应用
• 1.2.1 聚合物光纤在家庭网络中的应用
• 1.2.2 聚合物光纤汽车网络
• 1.2.3 聚合物光纤在工业控制中的应用
• 1.2.4 聚合物光纤军用通信网
• 1.2.5 数字音频接口
• 1.3 聚合物光纤的其他应用
• 1.3.1 聚合物光纤在传感方面的应用
• 1.3.2 聚合物光纤在传光、传像方面的应用
• 1.4 聚合物光纤的传输特性
• 1.4.1 聚合物光纤的传输损耗
• 1.4.2 聚合物光纤的色散
• 1.5 本论文主要内容和章节安排
• 参考文献
• 第二章 聚合物光纤的基本理论
• 2.1 射线光学理论
• 2.1.1 阶跃聚合物光纤
• 2.1.2 渐变折射率聚合物光纤
• 2.2 WKB近似理论
• 2.2.1 标量波动方程
• 2.2.2 WKB近似
• 2.2.3 指数分布渐变折射率聚合物光纤的传输特性
• 2.3 本章小结
• 参考文献
• 第三章 聚合物光纤中的模式耦合及其对带宽的影响
• 3.1 能流方程
• 3.2 模式转换系数的测量
• 3.2.1 理论分析
• 3.2.2 实验测量
• 3.3 数值模拟
• 3.3.1 理论分析
• 3.3.2 数值模拟结果及分析
• 3.4 通信实验
• 3.4.1 模式耦合引起的带宽增加
• 3.4.2 实验
• 3.5 本章小结
• 参考文献
• 第四章 聚合物光纤的可见光波分复用研究
• 4.1 波分复用
• 4.1.1 波分复用技术及其发展
• 4.1.2 密集波分复用与粗波分复用
• 4.2 聚合物光纤可见光波分复用系统的设计
• 4.3 聚合物光纤可见光波分复用实验
• 4.3.1 聚合物光纤可见光波分复用系统组成
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于聚合物光纤局域网的自由空间光通信技术
• 5.1 自由空间光通信系统的构成
• 5.1.1 光源
• 5.1.2 调制方法
• 5.1.3 光学系统
• 5.2 大气对自由空间光通信的影响
• 5.2.1 大气吸收
• 5.2.2 大气散射
• 5.2.3 大气湍流
• 5.3 基于聚合物光纤局域网的自由空间光通信系统
• 5.3.1 系统组成
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 传输距离
• 5.3.4 讨论
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 聚合物光纤局域网传输系统研究
• 6.1 聚合物光纤局域网系统
• 6.1.1 聚合物光纤收发器
• 6.1.2 聚合物光纤波长转换器和中继器
• 6.1.3 聚合物光纤交换机
• 6.1.4 聚合物光纤网卡
• 6.1.5 系统传输性能测试
• 6.1.6 系统应用示范
• 6.2 聚合物光纤军用车载传输系统
• 6.2.1 光纤通信在军事应用中的发展状况
• 6.2.2 军事需求分析
• 6.2.3 军用车载聚合物光纤传输系统的设计
• 6.2.4 相关测试与分析
• 6.3 本章小结
• 参考文献
• 总结
• 攻读博士学位期间发表的论文和获奖情况
• 致谢