优化设计：低折射下陷四包层光纤实现1.3/1.55μm双窗口零色散

本文主要探讨了长波长双窗口、零色散单模光纤的理论设计，发表于1991年的北方文迅大学学报第15卷第4期。该光纤设计的关键在于同时满足1.3微米和1.55微米两个窗口的零色散和低损耗要求，这是一个复杂的技术挑战，因为这需要同时控制多个性能指标，如色散系数和损耗，且受限于单模传输条件和工艺限制。 传统的四包层结构提供了众多自变量来进行优化设计，特别是内层折射率下陷深度和第二包层的结构参数对色散平坦性至关重要。然而，由于我国当时的设备和原料限制，最内层折射率下陷深度通常难以超过4.4%。国际上普遍的做法是在较大的下陷深度（大于7%）下采用理想阶跃型四包层结构来实现零色散，这对我国而言是个难题。 为了克服这一限制，作者首次使用了一种能处理任意形状四包层折射率剖面的软件，通过多目标、多变量的结构优化设计，成功地设计出了即使在折射率下陷深度小于4.4%的条件下也能达到双窗口零色散和低损耗的光纤。这种方法降低了对生产工艺的苛刻要求，使得在工艺限制下仍能实现高性能光纤的设计成为可能。 在传输特性计算方面，作者依赖于标量波动方程，结合默森单步数值积分法和有限元法，通过解决边界条件下的超越方程，精确计算光纤的传输常数和色散。非理想剖面形状的光纤需要大量的网格细分（超过400层）以确保计算的准确性。对于四包层光纤，由于折射率变化范围较大，选择合适的积分步长至关重要，以保证数值积分的收敛性。 这篇文章的重要性在于它突破了当时的技术瓶颈，提出了适应我国特定工艺条件的长波长双窗口零色散单模光纤设计策略，为光纤通信领域的技术发展做出了贡献。