[实用新型]一种可调谐轨道角动量光纤耦合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及到光纤通信领域，尤其是一种可调谐轨道角动量（Orbital angular momentum，OAM）光纤耦合器。

背景技术

随着移动互联网，物联网和云计算等信息技术的快速发展，社会经济生活对光纤通信系统容量的需求呈指数级增长。现有的单模光纤通信系统容量也随着时分复用技术、波分复用技术和偏振复用技术的广泛应用而逐年增长。然而，单模光纤通信系统的容量是存在极限值的。为了传递更多的信息，单模光纤内的能量密度逐步增长，并逐步引发自相位调制、四波混频等非线性效应，使得通信系统无法正常工作。为解决这一难题，需要发展新的复用技术。例如，模分复用技术采用多个光波导模式同时进行信息传输，将现有的单模光纤升级为特别设计的多模光纤，能从根本上增加通信系统的容量。在模分复用技术中，OAM光通信由于其理论上能将现有的通信容量扩展至无限大，成为国际通信领域的研究热点之一。

OAM光通信指利用具有不同OAM的光模式来进行多维信息通信。目前， OAM光纤通信的初步演示系统已经成功搭建并实现功能。在该系统，多个携带信息的OAM光能同时在一根光纤中传输。然而，该系统对于OAM光的调控（包括上行/下载，分束，转换等）均依赖于空间光元器件，无法在光纤中实现，从而使得整个系统结构复杂，稳定性差，难以进行实用化和产业化推广。借鉴于单模光纤通信系统发展历程，光纤耦合器能有效解决上述问题。因此，现在亟需研制出适用于OAM光纤通信系统的光纤耦合器。

目前，OAM光纤主要有环型芯结构、圆柱芯结构和光子晶体结构。相关的耦合器研制尚处于理论设计水平。对于环型芯结构，拉锥后并不适合传输OAM光，因此该类型的OAM光纤耦合器最好采用研磨法进行制备，而研磨法制作工艺相对复杂，不利于产业化推广。对于圆柱芯结构，拉锥后也能有效传输OAM光，特别适合用于制备熔锥型耦合器。熔锥法是被广泛应用于单模光纤耦合器的制备中，技术成熟，工艺如下：将两根光纤并排，经拉锥后两根光纤会熔融成一体形成稳定的耦合区并实现能量的交换。值得注意的是，熔融成一体的耦合区结构会具有一定的双折射特性，使得不同偏振方向的光具有不同的耦合效应。而光纤中的OAM模式是混合偏振模式，即单个OAM模式同时包含了水平和垂直偏振方向的光分量。因此，熔融成一体的耦合区结构不利于高纯度，高效率地进行OAM光耦合。此外，以上两种类型的耦合器均为固定结构，而实际应用中常常需要分光比可调、中心波长可调、耦合模式可调的OAM光纤耦合器。因此，目前迫切需要一种可调谐OAM光纤耦合器，以推进OAM光纤通信系统的产业化发展。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，提出了一种可调谐的OAM光纤耦合器。本实用新型提供的耦合器结构简单，制备方法与现有技术兼容，实现分光比可调、中心波长可调、耦合模式可调的OAM光纤耦合器。本实用新型的目的在于为OAM光纤通信系统提供光纤型的OAM光调控器件。

一种可调谐的OAM光纤耦合器，其包括第一多轴位移台、第二多轴位移台、第一OAM光纤、第二OAM光纤、填充低折射率材料的封装容器，第一OAM光纤、第二OAM光纤分别相应固定于第一多轴位移台、第二多轴位移台上，第一OAM光纤中间部分为第一微纳光纤，第二OAM光纤的中间部分为第二微纳光纤，第一微纳光纤和第二微纳光纤位于填充低折射率材料的封装容器。

进一步地，第一OAM光纤、第二OAM光纤为相同或者不同的型号，第一微纳光纤和第二微纳光纤具有相同或者不同的折射率和结构尺寸。

进一步地，第一微纳光纤和第二微纳光纤的长度为2～6 cm。

进一步地，第一微纳光纤和第二微纳光纤的半径为0.1～10 μm。

进一步地，第一微纳光纤和第二微纳光纤各自弯曲成U形结构，第一微纳光纤和第二微纳光纤悬空在第一多轴位移台、第二多轴位移台上。

进一步地，第一多轴位移台、第二多轴位移台之间的距离可调，使第一微纳光纤和第二微纳光纤的间距为d，相互正对重叠的长度为L；所述的d取值为0～20 μm；L取值为0～5 cm。

制备所述一种可调谐的OAM光纤耦合器的方法，其包括如下步骤：

步骤一：依次制备两个微纳光纤即第一微纳光纤和第二微纳光纤，将一段OAM光纤剥去涂覆层后固定在光纤拉锥系统的光纤夹持装置上，经预热后拉伸2～6 cm，制得第一微纳光纤，对另一段OAM光纤采取相同操作，制得第二微纳光纤，制备的微纳光纤的半径为0.1～10 μm；