[发明专利]一种用于模式复用中的可选择模式激发的能量转换器件

说明书

本发明公开了一种用于模式复用中可选择模式激发的能量转换器件，包括：一个多模波导端和一个单模波导端；多模波导端与一个多模光波导对接，它是由N个单元波导排列形成的复合波导；单模波导端与M个单模光波导对接，它是由N个单元波导中的若干单元波导排列形成的M个复合波导组，各组单元波导数总和等于N。本发明具有紧凑的外形和完善的功能，而且生产起来也十分方便。它能实现光在经能量转换器件在单模光波导和多模光波导低损耗传输过程中模式的复用与解复用。同时，由于各组合的单元波导之间的数量、排列方式或者间距有差异，所以能进行模式选择，包括选择传播常数相近的同一模式组内某个特定的模式。

技术领域

本发明属于多路复用通信领域，更具体地，涉及一种用于模式复用中可选择模式激发的能量转换器件。

背景技术

信息的产生与日俱增，仅仅依靠单模光纤终将不能满足大量数据的传输。各种复用技术被开发出来提高光纤的传输容量，而光子灯笼技术就是非常具有前景的解决方案之一。在2005年加利福尼亚州阿纳汉姆的一次光学通信会议(全称：Optical FiberCommunication Conference)中，S.G.Leon-Saval和他的团队发表了一篇文章“Single-mode performance in multimode fibre devices”，这篇文章第一次公开了一种用于模式复用中的波导型器件——光子灯笼，它是由一个单模光纤和一个多模光纤通过物理波导过渡接口连接，它允许光信号在两者之间低损耗地传输，结构如图1所示。

2014年，S.G.Leon-Saval和他的团队在《Optics Express》这本杂志上发表了另一篇文章“Mode-selective photonic lanterns for space division multiplexing”，而这篇文章则介绍了一种通过光纤制造法得到的模式选择光子灯笼，光纤制造法是将单模光纤束插入到一组低折射率的套管中或者直接采用多芯光纤，然后熔融拉锥，过渡过程中单模波导端纤芯因为尺寸减少将失去对光线的束缚力，光束因此发散到包层，并受到折射率更低的材料的束缚，在另一端形成多模光纤。这种光子灯笼的单模波导端的光纤束中不同光纤纤芯的尺寸不相同，不同模式的光的有效折射率在单模波导端则会有一定差异，利用这个便能实现模式选择。

2015年，Binbin Guan等人在光学通信会议上发表了一篇文章“Mode-Group-Selective Photonic Lantern based on Integrated 3D Devices Fabricated byUltrafast Laser Inscription”，这篇文章讲述了一种利用3D激光直写的方法制造的一种模组可选择的光子灯笼，用激光照射玻璃，使得被照射部分折射率增加，形成波导纤芯。在这种情况下，分离的单模波导纤芯制造出来并且逐渐靠近，然后发生强烈的耦合形成了多模复合的波导，最终完成了单模到多模的转换。这种光子灯笼多模波导端以及单模波导端的波导尺寸及排列如图2所示，其中(a)为多模波导端，(b)为单模波导端；由于各个波导的尺寸不同，不同模式的光的有效折射率也不相同，所以实现了模式选择。

2016年，香港城市大学的Yunfei Wu和Kin Seng Chiang在光电及通信国际会议(全称：Opto Electronics and Communications Conference)上发表了一篇文章“Four-Mode-Selective Photonic Lantern Based on Two-Layer Polymer WaveguideBranches”，这篇文章介绍了一种四模式选择光子灯笼，这种光子灯笼采用分层生长的方法得到，图3的(a)是多模波导端各个小波导的尺寸及排列，(b)是单模波导端波导排列，多模波导端每一层的波导只能向同一层的单模波导端生长。