[實用新型]一種全光纖模式轉換器及光系統

有效

• 申請號: 201420666743.8
• 申請日: 2014-11-10
• 公開（公告）號: CN204287535U
• 公開（公告）日: 2015-04-22
• 發明（設計）人: 祝啟欣;施建宏
• 申請（專利權）人: 武漢銳科光纖激光器技術有限責任公司
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/24
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本實用新型涉及一種全光纖模式轉換器及光系統。

背景技術

光纖是一種由玻璃或者塑料制作而成的纖維，利用光的全反射的原理作為光傳導的工具。光纖的裸纖一般分為三層：中心為高折射率玻璃纖芯，中間為低折射率硅玻璃包層，最外是加強用的樹脂涂覆層。光信號被限制在纖芯內傳輸，為此，纖芯折射率n₁要大于光纖包層的折射率n₂。

根據光纖半徑繪制折射率的圖形通常被稱為折射率分布圖。一般有階梯折射率分布、梯形折射率分布，三角形折射率分布等。根據光纖理論，不同的折射率分布可以實現不同的光纖應用。例如，單模光纖主要采用階梯折射率分布，自聚焦光纖的折射率分布一般采用拋物線形的梯度折射率分布。

眾所周知，光是一種電磁波。因而，可以使用麥克斯韋方程組來描述光纖中光信號的傳輸情況。麥克斯韋方程組的一個解即對應著一種傳輸模式，對應著電磁場在光纖中的一種分布形式。按照分布形式，圓波導的模式可以分為：橫電模(TE)、橫磁模(TM)以及混合模(HE?or?EH)。除了上述的導波模之外，還有包層模、輻射膜和泄漏模。

在實際應用中，光纖纖芯折射率與光纖包層折射率之差是很小的，這種光纖被稱為弱導光纖。采用弱導光纖的標量近似解法，可以得到相對簡單的橫向強度分布和數學表達式，有利于光纖問題的分析。

光纖傳輸系統一般使用單模光纖，即只有基模(LP01)是傳導模。然而，高階模有負色散和更大的有效區域的特性，在光纖平坦增益和色散補償等方面有特殊的應用。于是，將基模轉換成高階模式是很有必要的。

目前主要有兩種主要的光纖模式轉換方法。第一種方法，稱為橫向方法，借助延遲元件在光纖信號傳播方向上的某一點修改信號的橫向強度分布。上述延遲元件引入受控的相位躍變，假設所有元件可以完美地對齊，則這種技術在理論上能夠將第一種模式100％轉換到第二種模式。

因此，專利US6404951?B2提出了一種基于相位選擇元件來實現模式轉換的方法，這種相位選擇元件包含折射或者反射元件，例如透鏡、反射鏡、光柵等等。這類模式轉換器的設計復雜、相對體積龐大以及環境適應性差，因此，其難以長期工作，并且調節難度很大。

考慮到上述因素，專利US7835603?B2提出了一種全光纖模式轉換器，這種轉換器采用拉錐光纖實現微透鏡的功能，并使用特種多模光纖實現相位選擇的功能，然后熔接各個部分，最終實現光纖模式的轉換。然而這種方法對于光纖熔接、拉錐等制作工藝要求相當嚴格，所以很難實現批量生產。

第二種方法，稱為縱向方法，沿著光信號傳播的方向引入周期性的擾動，這樣的擾動導致基本模式和高階模式之間的耦合。然而，這種方法無法達到100％的模式耦合，即基模與高階模在光纖中一起傳播并產生噪聲。

專利US6999659?B1就提出了一種應用于降低色散的模式轉換元件。光纖中置入兩對布拉格光柵，使得光纖中傳輸基模(LP01)和至少一個高階模式(LPmn)，從而達到色散補償的作用。

發明內容

為了克服現有模式轉換器的缺陷，本實用新型提出一種具有實現簡單、轉換效率高、轉換噪聲小等特點的全光纖模式轉換器及光系統。

本實用新型的技術方案為：

一種全光纖模式轉換器的光系統，包括：包括輸入光纖、兩個模場匹配器、全光纖模式轉換器、輸出光纖，其特征在于：輸入光纖、第一個模場匹配器、全光纖模式轉換器、第二個模場匹配器、輸出光纖依次熔接在一起，以達到模式轉換的目的；第一種傳播模式從輸入光纖經過第一個模場匹配器以最低的損耗傳輸到全光纖模式轉換器，經過全光纖模式轉換器之后光纖中只存在第二種傳播模式，然后經過第二個模場匹配器以最小的損耗將所述的第二種傳播模式傳輸到輸出光纖而輸出。

輸入光纖適于發送以第一種模式轉播的光信號；

第一個模場匹配器適于輸入光纖和全光纖模式轉換器的模場直徑的匹配；

全光纖模式轉換器適于將第一種傳播模式轉換成第二種傳播模式；

第二個模場匹配器適于全光纖模式轉換器和輸出光纖的模場直徑的匹配；

輸出光纖適于發送以第二種模式傳播的光信號。

輸出光纖適于發送以第二種模式傳播的光信號。

所述第一種傳播模式和第二種傳播模式是不同的傳播模式LPmn。

所述輸入光纖、輸出光纖中之一光纖是多模光纖。

所述輸入光纖、輸出光纖中之一光纖是高階模式(HOM)光纖。

所述輸入光纖、輸出光纖中之一光纖為色散補償光纖。