[發明專利]一種LP01模式-LPmn模式全光纖型模式轉換器

有效

• 申請號: 201811317543.0
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109581590B
• 公開（公告）日: 2020-09-04
• 發明（設計）人: 黃新成;劉偉平
• 申請（專利權）人: 暨南大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/02
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 宣國華;何秋林

本發明涉及一種LP01模式?LPmn模式全光纖型模式轉換器，該模式耦合器的模式轉換光纖采用單芯結構，該模式轉換光纖耦合區纖芯存在一扇形調制區，從該段纖芯的橫截面上看，其由扇形調制區纖芯組件和其它纖芯組件兩部分組成，所述扇形調制區的扇形張角θ滿足所述模式轉換光纖耦合區的長度滿足其中，κ為輸入模式和輸出模式之間的等效耦合系數，β₀₁與β_mn分別為調制區內LP01模式和LPmn模式的有效傳播常數。本發明結構的模式轉換器能實現光纖中LP01模式與LPmn模式的任意高效轉換，且可解決當前全光纖型模式轉換器結構復雜、熔接困難以及成本高等問題。

技術領域

本發明涉及一種全光纖型的LP01-LPmn(m、n均為大于等于1的自然數)模式轉換器。

背景技術

隨著物聯網、大數據以及5G通信技術的快速發展，人們對信息傳輸能力的要求以指數級數的速度增長，而普通的單模光纖的傳輸能力也在逐漸接近非線性香農極限，為了進一步滿足人們不斷快速增長的通信容量的需求，近年來研究者不斷地開發通信維度，發展了以模分復用、偏振復用以及光學軌道角動量復用為代表的一系列技術，這些技術都涉及利用光纖內高階本征模來進行對通信信道維度進行拓展。為了有效地實現信號的空分復用，必然要求在多?；蛘呱倌９饫w內有效地激發和傳輸高階模式，這就需要將基模(LP01模)通過一定的手段轉換到特定需要的模式上。此外，模式轉換不僅局限于空分復用技術中的相關應用，在傳統的通信中它也可以用于色散補償。由于多模光纖中高階模式具有負色散，因此可以將需要做色散補償的信號激發到高階模式上，經過一段傳播距離之后，再將其轉換到基模上，這樣就實現了模式補償，在這個過程中需要兩次用到模式轉換器。

目前已有的模式轉換器有兩種類型：1)光柵型模式轉換器。這類轉換器基于布拉格光纖光柵或者長周期光纖光柵或者傾斜的布拉格光柵的模式轉換器，目前只能實現較低階模式的轉換(即LP01模到LP11模或者LP21模)，主要受光纖復雜的模式匹配技術以及光柵的加工工藝限制；且由于光柵的特性使得其實現轉換的帶寬也相對較窄。2)全光纖型模式轉換器。這類轉換器有的是利用光子晶體光纖拉制而成的模式轉換器，它雖然能在較寬的帶寬(波長范圍寬)內實現高質量的模式轉換，但制作工藝復查，成本高。制作光子晶體光纖，常采用管棒堆積法，即將多根石英棒堆積在一起并制成蜂窩狀結構的預制棒，在進行進一步拉制。其難點在于克服在拉制過程中該預制棒內部的石英-空氣界面存在的表面張力、黏度力以及拉伸應力等的影響,這些因素使得預制棒結構極易縮塌或變形，嚴重影響了光子晶體光纖制作的成品率。也有的模式轉換器是利用多種類型光纖如標準單模、少模和多模光纖復合而成的多模干涉耦合器以及利用非對稱的雙芯結構(一個芯徑大，另一個小)的光子晶體光纖耦合器和利用中間模式進行過渡(例如LP01-LP11-LP02等)的非對稱雙芯光纖耦合器。這類耦合器的共同特點是轉換帶寬相對較大，效率高，但由于采用結構復雜的多纖芯(兩個以上)結構來實現模式的高效轉換，所以制作難度大，且由于采用多芯結構，不易與標準單?；蚨嗄９饫w(單芯)進行熔接。

基于以上所述，本發明擬公開一種新型的具有單芯結構的、高效的、寬帶的全光纖型模式轉換器。

發明內容

本發明的發明目的是，提供一種新型結構的全光纖型模式轉換器，該結構的模式轉換器能實現光纖中LP01模式與LPmn模式的任意高效轉換，可解決當前全光纖型模式轉換器結構復雜、熔接困難以及成本高等問題。

本發明通過如下技術方案實現其發明目的:一種LP01模式-LPmn模式全光纖型模式轉換器，包括模式耦合器，所述模式耦合器包括模式轉換光纖，還包括連于所述模式耦合器的模式轉換光纖的兩端，用于輸入的輸入端和用于輸出的輸出端；