【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤检测，尤其涉及一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法及系统。
技术介绍
1、随着通信业务的不断增多，人们对通信系统传输容量的需求日益增大，各种新技术不断涌现。目前，基于模分复用(mode division multiplexing,mdm)的少模光纤(fewmode fiber,fmf)通信技术备受青睐。该技术能够突破传统单模光纤通信的容量极限，是解决未来通信网“带宽危机”最具竞争力的扩容方案，成为实现未来t bit/s甚至p bit/s光纤通信的关键。因此，面对少模光纤研发、网络建设及应用的快速发展，确保长距离大容量少模光纤链路的可靠高效运行，少模光纤链路熔接故障特性分析变的极其重要。
2、在基于少模光纤的模分复用系统中，少模光纤之间的熔接不可避免。针对支持多个空间模式，且每个空间模式传输损耗特性存在较大差异的少模光纤而言，精确分析少模光纤熔接故障高阶空间模式耦合损耗特性，可以为评估熔接质量及定位系统故障检测灵敏度提供可靠依据。目前，少模光纤熔接故障耦合损耗特性分析已经有较多成果报道。例如，atsushi nakamura提出了基于光时域反射技术的少模光纤lp01和lp11模式熔接故障损耗特性分析，通过各空间模式背向瑞利散射波形估计熔接串扰点处耦合效率矩阵，并采用简单的数值处理即可实现高阶空间模式波形重构，获取少模光纤不同空间模式高纯净度熔接损耗特性，优化少模光纤链路故障检测灵敏度。又如，hiroshi takahashi报道了一种lp11模式熔接故障损耗高纯净度测量的otdr动态串扰抑制方法
3、但是，以上报道仅仅对少模光纤基模lp01及lp11模式熔接耦合效率进行了分析，却对少模光纤更高阶空间模式熔接故障耦合损耗规律未进行更深入研究，使得无法实现对少模光纤各空间模式耦合效率的精确分析，致使高阶空间模式熔接故障损耗特性缺少相应的理论基础。
4、因此，有必要提出一种新的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，可实现对少模光纤各空间模式耦合效率的精确分析，对推动少模光纤研发、网络建设及应用的快速发展具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术实施例所要解决的技术问题在于，提供一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法及系统，可实现对少模光纤各空间模式耦合效率的精确分析。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，所述方法包括以下步骤：
3、s1、构建出以两段参数匹配的少模光纤进行熔接形成的结构模型，并基于所述结构模型，采用拉盖尔高斯模来近似线性偏振模，以构建出少模光纤在多个空间模式下的场强分布数学模型；其中，所述多个空间模式包括lp01模式、lp11a模式、lp11b模式、lp21a模式、lp21b模式和lp02模式；
4、s2、根据所述少模光纤在多个空间模式下的场强分布数学模型，构建出少模光纤熔接点处在多个熔接参数及光纤参数条件下的各空间模式之间的耦合效率数学模型，并根据所构建出的各空间模式之间的耦合效率数学模型，确定各空间模式熔接点的功率损耗。
5、其中，在所述步骤s1中，匹配参数包括纤芯半径、相对折射率、归一化频率以及轮廓形状。
6、其中，在所述步骤s1中，所述拉盖尔高斯模的解通过以下公式(1)表示：
7、
8、其中，为归一化因子，l和p分别为导向方位分量和径向分量；为拉盖尔多项式；为基模高斯半径，k为是波数，δ为相对折射率，n1为纤芯折射率；θ为偏移方位角；r为极坐标半径，且r2＝x2+y2，x和y为少模光纤截面坐标轴；a为纤芯半径。
9、其中，在所述步骤s1中，各空间模式下的场强分布数学模型通过以下公式(2)～(7)表示：
10、
11、
12、
13、
14、
15、
16、其中，e01、e11a、e11b、e21a、e21b和e02分别为lp01模式、lp11a模式、lp11b模式、lp21a模式、lp21b模式和lp02模式的场强。
17、其中，在所述步骤s2中，各空间模式之间的耦合效率数学模型可统一通过公式(8)来表示：
18、
19、其中，ηij为少模光纤熔接点处两模式之间的耦合效率，反映了空间模式在熔接点处的功率损耗程度；d为轴向偏移量；ei和ej中的i,j＝1,2,3,…,6；i或j＝1时均代表lp01模式，i或j＝2时均代表lp11a模式，i或j＝3时均代表lp11b模式，i或j＝4时均代表lp21a模式，i或j＝5时均代表lp21b模式，i或j＝6时均代表lp 02模式。
20、其中，在所述步骤s2中，lp01模式、lp11a模式、lp 11b模式、lp21a模式、lp21b模式和lp02模式在熔接点处之间耦合效率数学模型的表达式通过以下公式(9)～(19)分别表示：
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42、其中，ηij＝ηji，表示lpi模式和lpj模式之间的耦合效率，即lp01模式、lp11a模式、lp11b模式、lp21a模式、lp21b模式和lp 02模式之中任一两个模式间的耦合效率；在i＝j时，代表模式熔接点处耦合损耗特性，耦合效率ηij值越小，空间模式熔接点的功率损耗越大，反之亦然；在i≠j时，代表模式熔接点处lpi模式耦合进入lpj模式的能量，ηij值越大，熔接点处串扰越大，反之亦然。
43、本专利技术实施例还提供了一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的系统，包括；
44、场强分布数学模型构建单元，用于构建出以两段参数匹配的少模光纤进行熔接形成的结构模型，并基于所述结构模型，采用拉盖尔高斯模来近似线性偏振模，以构建出少模光纤在多个空间模式下的场强分布数学模型；其中，所述多个空间模式包括lp01模式、lp11a模式、lp11b模式、lp21a模式、lp21b模式和lp02模式；
45、耦合效率数学模型构建及分析单元，用于根据所述少模光纤在多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，匹配参数包括纤芯半径、相对折射率、归一化频率以及轮廓形状。
3.如权利要求2所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述拉盖尔高斯模的解通过以下公式(1)表示：
4.如权利要求3所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，各空间模式下的场强分布数学模型通过以下公式(2)～(7)表示：
5.如权利要求4所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，各空间模式之间的耦合效率数学模型可统一通过公式(8)来表示：
6.如权利要求5所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤S2中，LP01模式、LP11a模式、LP 11b模式、LP21a模式、LP21b模式和LP02模式在熔接点处之间耦合效率数学模型的表达式通过以下公式(9)～(19)
7.一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的系统，其特征在于，包括；
8.如权利要求7所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的系统，其特征在于，所述匹配的参数包括纤芯半径、相对折射率、归一化频率以及轮廓形状。
9.如权利要求8所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的系统，其特征在于，所述拉盖尔高斯模的解通过以下公式(1)表示：
...【技术特征摘要】
1.一种分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤s1中，匹配参数包括纤芯半径、相对折射率、归一化频率以及轮廓形状。
3.如权利要求2所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤s1中，所述拉盖尔高斯模的解通过以下公式(1)表示：
4.如权利要求3所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤s1中，各空间模式下的场强分布数学模型通过以下公式(2)～(7)表示：
5.如权利要求4所述的分析少模光纤高阶空间模式耦合效率的方法，其特征在于，在所述步骤s2中，各空间模式之间...
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