[發(fā)明專利]多芯光纖到少模光纖的模式控制器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111187461.0
• 申請(qǐng)日: 2021-10-12
• 公開（公告）號(hào): CN113866872A
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苑立波;陳意堅(jiān);王東輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02;G02B6/14;G02B6/27;G02F1/01
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本發(fā)明提出的是一種多芯光纖到少模光纖的模式控制器，它是由多芯光纖、模式場(chǎng)變換區(qū)、少模光纖以及相位調(diào)制模塊組成，多芯光纖和少模光纖由模式場(chǎng)變換區(qū)連接，傳輸光經(jīng)過(guò)相位調(diào)制模塊形成穩(wěn)定的相位差后，再在多芯光纖中傳輸，通過(guò)模式場(chǎng)變換區(qū)耦合至少模光纖，即可激發(fā)出少模光纖的高階模式，不同的相位差就能激發(fā)出不同的模式，可用于少模光纖的模式轉(zhuǎn)換和控制。廣泛用于模分復(fù)用技術(shù)、光纖通信等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種多芯光纖到少模光纖的模式控制器，屬于光纖通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

光在光纖中傳輸時(shí)，會(huì)由于光纖以及光的參數(shù)而存在多種傳輸模式，每一種傳輸模式對(duì)應(yīng)于麥克斯韋方程組的一個(gè)解，即電磁場(chǎng)在光纖中的一種分布形式。一般的光纖傳輸系統(tǒng)都使用單模光纖作為光信號(hào)的傳輸波導(dǎo)，而單模光纖僅能傳輸一種模式，即基模。但是單模光纖中基模的傳輸容量是無(wú)法滿足未來(lái)大量數(shù)據(jù)的傳輸需求。使用光纖中不同高階本征模式作為傳輸信道，能實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的數(shù)據(jù)流并行傳輸功能，極大提升光纖的傳輸容量，因此需要將基模轉(zhuǎn)換成高階模式的模式轉(zhuǎn)換器。

目前針對(duì)少模光纖和多模光纖模式控制的方式諸多，在專利號(hào)為CN201610023631.4的專利中提出了一種多模光纖的模式轉(zhuǎn)換器，該專利使用了芯徑為50um的多模光纖作為輸入和輸出光纖，中間的模式轉(zhuǎn)換區(qū)通過(guò)多根少模光纖組成，使用玻璃套管將多根少模光纖固定成為光纖束，最后使用拉錐、熔接等工藝制成模式轉(zhuǎn)換器，該模式轉(zhuǎn)換器只能將基模轉(zhuǎn)換成一種高階模式，且該高階模式由其模式變換區(qū)的光纖束中光纖的數(shù)量決定，同時(shí)其拉錐結(jié)構(gòu)上具有一定缺陷，因?yàn)槟Ｊ阶儞Q區(qū)過(guò)短僅有250um造成錐區(qū)變換急促，最終使得轉(zhuǎn)換效率不理想，而且制作250um長(zhǎng)的光纖束難以實(shí)現(xiàn)，不具有可行性。專利號(hào)為CN201410628299.5的專利中提出了使用特種光纖設(shè)計(jì)模式轉(zhuǎn)換器的方案，該方案由三種不同的特種光纖組成一個(gè)模式轉(zhuǎn)換器，通過(guò)拉錐與單模光纖和多模光纖熔接，其單模光纖作為輸入光纖，多模光纖為輸出光纖，與輸入光纖連接的特種光纖為雙包層光纖，用于匹配后端的對(duì)稱雙芯光纖，同時(shí)在參數(shù)上限定歸一化截止頻率，防止高階模的傳播，模式的轉(zhuǎn)換由特種光纖的結(jié)構(gòu)決定，在低階模式的轉(zhuǎn)換上具有一定的可靠性。同樣的，專利號(hào)為CN201320825987.1的專利中也提出了一種特種光纖作為模式轉(zhuǎn)換器的方案，該特種光纖內(nèi)部由三根直徑大小各異的纖芯組成，直徑最小的纖芯直徑與普通單模光纖直徑相匹配，第二根纖芯直徑比最小的纖芯直徑大3.5um，折射率比最小的纖芯折射率大0.002，第三根纖芯直徑比第二根纖芯的直徑大3.5um，折射率比第二根纖芯的折射率大0.002，三根纖芯中心距離不等且排成一條直線，在直徑最小的纖芯上輸入LP01模式的光源，通過(guò)耦合理論，傳播一定距離后會(huì)耦合至第二根纖芯，第二根纖芯的模式轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P11模，光束在第二根纖芯傳播一定距離后會(huì)耦合至第三根纖芯，第三根纖芯的模式轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)P02模式，三根纖芯內(nèi)的光呈周期耦合的狀態(tài)傳播，LP01模式通過(guò)第二根纖芯的過(guò)渡會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，最后使得模式轉(zhuǎn)換的效率不夠理想，由于光會(huì)在三根纖芯中周期耦合，所以需要切割成一定的長(zhǎng)度來(lái)完成模式的轉(zhuǎn)換。在專利號(hào)為CN201910751287.4的專利中使用飛秒激光加工系統(tǒng)對(duì)光纖端面進(jìn)行微處理，改變光纖端面的折射率分布，由于光經(jīng)過(guò)不同折射率分布的區(qū)域時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的相位延遲，激光刻寫的區(qū)域和未受激光刻寫的區(qū)域?qū)⑿纬晌⑿偷南辔豢刂平Y(jié)構(gòu)，通過(guò)相位的調(diào)制實(shí)現(xiàn)低階模式到高階模式的轉(zhuǎn)換，該方案具有高度的集成性，模式之間的轉(zhuǎn)換由光纖的加工結(jié)構(gòu)決定。專利號(hào)為CN200810021652.8的專利中使用雙芯光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)LP01模和LP02模的模式轉(zhuǎn)換，該雙芯光子晶體光纖由空氣孔和兩根纖芯構(gòu)成，其中兩根纖芯直徑大小不同的異質(zhì)纖芯，小纖芯傳輸LP01模，大纖芯傳輸LP02模，在該光纖內(nèi)，兩種模式在波長(zhǎng)為1.55um處會(huì)發(fā)生周期性耦合，選取其耦合最大值的長(zhǎng)度即可完成LP01模式和LP02模的模式轉(zhuǎn)換，具有損耗低、轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，但是對(duì)傳輸光的波長(zhǎng)有嚴(yán)格的要求，且模式的轉(zhuǎn)換范圍少，僅能在兩種模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。專利號(hào)為CN202010787190.1的專利中提到使用長(zhǎng)周期光柵實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，該專利使用二氧化碳激光器在少模光纖上刻寫長(zhǎng)周期光柵能夠?qū)P01模式轉(zhuǎn)換為高階的LP11模，還可通過(guò)多個(gè)長(zhǎng)周期光柵級(jí)聯(lián)的方式將LP01模轉(zhuǎn)換成LP11模，再將LP11模轉(zhuǎn)換成LP21模，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)低階模到更高級(jí)模式的轉(zhuǎn)換，但是轉(zhuǎn)換模式的純度并不高，需要加入濾模器濾除光束中的高階模式，所以該方案中光束的損耗會(huì)隨著模式的轉(zhuǎn)換次數(shù)而增加。