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人类对各种通信业务的需求伴随着社会的发展急速增加,单模光纤通信系统面临着非线性容限的严峻挑战。基于少模光纤的模式复用技术可使得传输系统容量按照模式数目实现多倍增加,已经成为光纤传输领域的前沿研究热点。模分复用器作为少模光纤模分复用传输系统核心器件,受到了越来越多的关注与研究。针对各类复用器存在的插入损耗高、串扰大、非线性高、工作波段窄、差分模式群时延大、与光纤互联困难、结构复杂和难集成等问题,本文提出了两种新型的模分复用器,主要创新性工作如下:1.提出了大有效面积的折射率渐变分布模分复用器,采用光束传播法和全矢量有限元法研究了模分复用器的性能指标。研究表明,该复用器实现了渐变型折射率分布、大有效模场面积、低非线性系数、高耦合效率、宽工作波段6模式复用解复用操作;在1450 nm-1650 nm工作波段,该复用器耦合效率优于-0.449 dB,并呈现出平坦特性。该复用器方案是实现低非线性系数、高耦合效率、宽工作波段的有效方法。2.提出了低损耗、低串扰渐变折射率分布模分复用器。传输信道采用大有效面积的纯二氧化硅纤芯实现低衰减,有效减小与纯二氧化硅纤芯少模传输光纤熔接损耗;采用渐变型折射率分布实现低差分模式群时延;并通过设计纤芯与包层的有效折射率差大于0.5ⅹ10-3保证模式间的低串扰。采用光束传播法和全矢量有限元方法研究了传输信道的性能、确定了模分复用器的结构。研究表明,在1400 nm-1700 nm波段,复用器耦合效率优于-0.479 dB,消光比高于31.2 dB;在C波段,复用器所有模式信道平均耦合效率优于-0.140 dB,并呈现出平坦特性。该方案是实现低串扰、低损耗和低熔接损耗、高耦合效率、高消光比和宽工作波段复用器的有效方法。