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Theoretical analyses on orbital angular momentum modes in conventional graded-index multimode fibre

机译:常规渐变折射率多模光纤中轨道角动量模的理论分析

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摘要

Orbital angular momentum (OAM) modes are another mode basis to represent spatial modes. There have been increasing interests in exploiting OAM modes in specialty fibres. In this paper, we present a comprehensive characterisation of OAM modes in conventional graded-index multimode fibre (MMF). 1) We synthesise the circularly polarized OAM modes by properly combining two fold degenerate cylindrical vector modes (eigenmodes) and analyse the total angular momentum, i.e. spin angular momentum and orbital angular momentum. 2) We divide all the OAM modes of the conventional graded-index MMF into 10 OAM mode groups with effective refractive index differences between different mode groups above 10−4 enabling low-level inter-group crosstalk. 3) We study the chromatic dispersion, differential group delay, effective mode area, and nonlinearity for each OAM mode group over a wide wavelength ranging from 1520 to 1630 nm covering the whole C band and L band. 4) We discuss the performance tolerance to fibre ellipticity and bending. 5) We further address the robustness of performance against fibre perturbations including the core size, index contrast and the imperfect index profile of the practically fabricated MMFs. The obtained results may provide theoretical basis for further space-division multiplexing applications employing OAM modes in conventional graded-index MMF.
机译:轨道角动量(OAM)模式是表示空间模式的另一种模式基础。在特种纤维中使用OAM模式的兴趣日益增加。在本文中,我们对常规渐变折射率多模光纤(MMF)中的OAM模式进行了全面的表征。 1)我们通过适当地结合两个退化简并的圆柱矢量模式(本征模式)来合成圆极化OAM模式,并分析总角动量,即自旋角动量和轨道角动量。 2)我们将常规渐变折射率MMF的所有OAM模式分为10个OAM模式组,不同模式组之间的有效折射率差异大于10 -4 ,从而实现了低级别的组间串扰。 3)我们研究了在整个C波段和L波段的从1520到1630 wavelengthnm的宽波长范围内,每个OAM模式组的色散,差分群时延,有效模式区域和非线性。 4)我们讨论了纤维椭圆度和弯曲的性能公差。 5)我们进一步解决了抵抗光纤扰动的性能的稳健性,包括实际制造的MMF的纤芯尺寸,折射率对比和不完美的折射率分布。所获得的结果可以为在常规渐变索引MMF中采用OAM模式的进一步空分复用应用提供理论基础。

著录项

  • 期刊名称 Scientific Reports
  • 作者

    Shi Chen; Jian Wang;

  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(7),-1
  • 年度 -1
  • 页码 3990
  • 总页数 15
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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