[發明專利]一種新型光纖模場變換器及其制備方法

在審

• 申請號: 202111187394.2
• 申請日: 2021-10-12
• 公開（公告）號: CN113866883A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 苑立波;王劍;楊世泰
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G02B6/14
• 分類號: G02B6/14;G02B6/255;G02B6/26
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供的是一種新型光纖模場變換器，其特征是：所述的光纖模場變換器由第一光纖、模場過渡光纖、石英毛細套管、絕熱轉換錐區以及第二光纖組成；模場過渡光纖具有纖芯、內包層和外包層，其一端熔接第一光纖，另一端插入石英毛細套管內，隨著套管一起絕熱拉錐，使纖芯內的光場絕熱轉換至內包層內傳輸，待轉換后的模場分布和第二光纖的模場匹配后，切割絕熱錐體，并與第二光纖熔接，實現第一光纖和第二光纖的模場高效轉換。本發明可用于具有不同模場分布的特種光纖之間的模場轉換，也可用于特殊光場的變換生成，屬于光纖器件技術領域。

技術領域

本發明涉及的是一種新型光纖模場變換器及其制備方法，屬于光纖器件技術領域。

背景技術

一方面，光束變換和模場整形一直以來是一個重要的研究方向。一般而言，光纖輸出的模場都是圓對稱分布的。然而在實際的產業應用種，需要不同形狀分布的光束，如方形分布、橢圓分布等。

另一方面，近年來，發展了各種新型光纖，如微結構光纖、多芯光纖、色散補償光纖、稀土摻雜光纖和大芯徑天文光纖等。由于這些光纖模場不同于標準單模光纖，而且與現有光學系統不兼容，所以如何滿足這些特種光纖之間的模場匹配是一個難題。為了減少光纖之間的連接損耗，模場必須相似，因此必須在各種光纖和標準單模光纖之間引入合適的模場變換器以滿足二者的模場匹配。

使用空間光學元件，如透鏡、光闌、空間光調制器等組合理論上可以實現任意光場的變換，但是其組成復雜，并且組成的器件體積龐大，不適合作為光纖器件。

為了解決上述問題，已經提出了多種全光纖的解決方法，用來變換光纖的模場，使其和另一種光纖適配連接。第一種方法是采用光纖拉錐技術，逐漸將一個模場轉換為另一個模場(A.Ishikura,Y.Kato,and M.Miyauchi,Applied optics,1986,25:3460-3465)。但是，拉錐會使整個光纖器件更加脆弱，并且與現有熔接技術兼容性較差。第二種方法是采用光纖熱擴散技術，局部加熱光纖以產生折射率漸變，中國專利CN201420652172.2公開的一種具有剝離功能的全光纖化的低損耗光纖模場匹配器，主要用來解決單模光纖與大模場光纖之間的模場適配。該方法使折射率具有一定程度的平滑過渡，實現不同模場之間的完全耦合。第三種方法是結合光纖拉錐和熱擴散技術，中國專利CN201210320456.7公開了一種實現LP01模場直徑低損耗變換的光纖模場適配器，通過對大孔徑光纖拉錐、對適配光纖纖芯做熱膨脹處理，主要用來解決普通單模或近單模高功率光纖激光器輸出端光纖到大孔徑輸送光纖之間的低損耗模場適配。中國專利：CN109799572A公開了一種纖維集成的高斯-環形模場適配器，實現了單模光纖內的高斯光場向環形光場的變換。盡管光纖熱擴散技術使得模場變換靈活，能實現多種模場變換，但是熱擴撒工藝需要的加熱時間過長，并且影響光纖特性，生產效率低。

基于上述光纖模場變換的應用需求，以及現有技術存在的缺陷和不足，本發明提出了一種新型的光纖模場變換器及其制備方法。其基于一種模場過渡光纖，通過絕熱拉錐的方法，使得模場完成高效絕熱轉換。本發明可用于具有不同模場分布的特種光纖之間的模場轉換，也可用于特殊光場的變換生成。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型光纖模場變換器及其制備方法。

本發明的目的是這樣實現的：

一種新型光纖模場變換器，所述的光纖模場變換器由第一光纖、模場過渡光纖、石英毛細套管、絕熱轉換錐區以及第二光纖組成；模場過渡光纖具有纖芯、內包層和外包層，其一端熔接第一光纖，另一端插入石英毛細套管內，隨著套管一起絕熱拉錐，使纖芯內的光場絕熱轉換至內包層內傳輸，待轉換后的模場分布穩定并滿足要求后，保持直徑拉絲，得到一段第二光纖，實現模場變換器件和第二光纖一體化制備。

所述的第一光纖和第二光纖可傳輸的光波的模場分布不同。