[發明專利]全光纖的錐形模式轉換器

有效

• 申請號: 202110291258.1
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113093332B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 肖悅娛
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/255
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明公開一種全光纖的錐形模式轉換器，屬于光纖通信技術領域。該模式轉換器由一對錐形光纖耦合器組成，該耦合器的輸入錐形光纖提供不同模場直徑單模光纖的模式匹配，輸出錐形光纖提供低損耗的LP_0n模式轉換。由于模式轉換基于錐形光纖的絕熱變換，因此具有較大的轉換帶寬，能在較寬的波長范圍內能實現較高的轉換效率。

技術領域

本發明涉及光纖通信領域，具體的說，是一種能實現模式之間絕熱變換的錐形光纖模式轉換器。

背景技術

隨著光纖通信容量需求的迅速增長，模分復用被認為是進一步提高光纖傳輸容量的方法。在模分復用系統中，除了光纖基模外，高階模式也用于傳輸信號，因此實現光纖不同模式場之間轉換的模式轉換器作為其中的關鍵器件，受到了越來越多的重視。理想的光纖模式轉換器應能夠有效地進行相應模式的轉換，其轉換模式應具有較高的純度，同時具有較大的工作帶寬和較低的插入損耗。

目前基于光纖的模式轉換器件主要有以下幾種：

1.基于光纖光柵的模式轉換器，其基本原理是利用長周期光纖光柵實現模式間的轉換，但是其工作帶寬較窄。

2.基于模式耦合的模式轉換器，包括雙光纖結構，雙芯結構，光子晶體雙芯光纖結構等。

3.基于模式疊加的模式轉換器，例如光子燈籠等。

基于諧振耦合的光纖模式轉換器一般工作帶寬較窄，同時對器件參數要求較為嚴格。基于絕熱變換的光纖模式轉換器，例如光子燈籠，具有更大的工作帶寬，但對光纖參數要求較高。

發明內容

為了解決現有技術問題，本發明的目的在于克服已有技術存在的不足，提供一種全光纖的錐形模式轉換器，利用兩個錐形光纖，實現了單模光纖的基模到多模光纖的LP_0n模之間的絕熱變換。

為達到上述發明創造目的，本發明采用如下技術方案：

一種全光纖的錐形模式轉換器，包括輸入單模光纖的錐形模場轉換器、輸出多模光纖的錐形模式轉換器和光纖熔接區，輸出多模光纖的錐形模式轉換器的未錐化端輸入的高斯光束光場經錐形光纖的絕熱變換后，與輸出多模光纖的LP_0n具有更接近的有效折射率和模場分布，通過熔接方式進行連接形成光纖熔接區；能實現單模光纖的基模LP₀₁模和多模光纖的高階模LP_0n模間的模式轉換。優選地，單模光纖錐形轉換器將輸入的單模光纖基模絕熱變換為未錐化端的光纖基模，未錐化端光纖基模的模場分布與有效折射率與多模光纖錐形轉換器未錐化端的高階模LP_0n模更為接近，因此在光纖熔接區可以低損耗地激發LP_0n模。在輸出多模光纖錐形轉換器中，LP_0n模從未錐化端絕熱地變換到錐化端輸出。

優選地，全光纖的模式轉換器，形成基座光纖形式，包括具有第一折射率的中央芯區、若干具有第一折射率的環形光纖區和具有第二折射率的包層區；所述基座光纖的構造使得其可錐化，以形成輸出多模光纖的錐形模式轉換器，在未錐化端的高階模式具有高斯光束的模場分布，而經錐化區的絕熱變換后，錐化端的輸出模場分布更接近于多模光纖的LP_0n模。

優選地，中央芯區和環形芯區之間具有足夠的距離，使得中央芯區所激發的LP_0n模不會和環形芯區的模式發生能量轉換。

優選地，輸出多模光纖的錐形轉換器的環形芯區的基模具有比中心芯區基模更高的折射率，使在光纖熔接區的錐形轉換器的基模與錐形轉換器的LP_0n模匹配。為滿足在光纖熔接區，輸入單模光纖的錐形模場轉換器的基模與輸出多模光纖的錐形模式轉換器的LP_0n模更為匹配，要求輸出多模光纖的錐形模式轉換器的基座光纖的環形芯區的基模具有比中心芯區基模更高的有效折射率。