[实用新型]一种低串扰渐变折射率分布三模式模分复用器

说明书

本实用新型提出了一种低串扰渐变折射率分布三模式模分复用器，包括3个相同的传输信道组成，其中一个是主传输信道；传输信道半径20μm，传输信道纤芯与包层折射率差0.0015，包层折射率为1.442524；信道芯中心到包层的折射率呈渐变型变化；模式LP01直接输入主传输信道；模式LP11a和LP11b信道分别放置在主传输信道横截面x和y方向上，信道长度均为28 mm，与主信道的间距均为5μm。

技术领域

本专利申请涉及一种模分复用结构，具体涉及一种低串扰渐变折射率分布三模式模分复用器，可应用于光纤通信、光学信息处理等新一代信息技术领域。

背景技术

近年来，基于模分复用的光纤通信领域是前沿研究热点之一；作为其关键技术之一的模分复用器件得到了广泛关注[1Guifang Li,Neng Bai,and Ningbo Zhao and CenXia,Space-division multiplexing:the next frontier in opticalcommunication.Advances in Optics&Photonics,2014,6(4):5041–5046；2He Wen,Hongjun Zheng,et al.Few-Mode Fibre-Optic Microwave Photonic Links,Light:Science&Applications,2017.8,6,e17021,1-8]；作为模分复用系统的关键技术环节，模分复用器是将多种模式信号复用到同一个信道进行传输的器件，对模分复用系统的实现具有重要意义。文献[3RolRyf,Bolle C A,Hoyningenhuene J V.Optical CouplingComponents for Spatial Multiplexing in Multi-Mode[C].European Conference andExhibition on Optical Communication (ECOC).2011:1-3]提出了一种基于相位板的模分复用器，实现了三种信号转换模式并复用到同一个信道，但是这种模分复用器需要高精确度的空间耦合校准，且难于集成，自由空间耦合的插入损耗大，成本高。文献[4FontaineN K,Ryf R, Leonsaval S G,et al.Evaluation of Photonic Lanterns for LosslessMode-Multiplexing[C].38th European Conference and Exhibition on OpticalCommunications(ECOC),2012:1-3；5Ryf R,Fontaine N K,Montoliu M,et al. Photonic-lantern-based mode multiplexers for few-mode-fiber transmission[C]. OpticalFiber Communications Conference and Exhibition(OFC),2014:1-3；6 Leonsaval S G,Fontaine N K,Salazargil J R,et al.Mode-selective photonic lanterns for space-division multiplexing[J].Optics Express,2014,22(1):1036-44]提出了一种拉锥形状的“光子灯笼”模分复用器，实现了12路信号转换模式并复用到同一个信道。“光子灯笼”的结构复杂程度虽然比空间耦合器低，但是其制造工艺精密、复杂，精确地控制光纤熔融时的位置、拉锥体粗细和长度具有很大难度，量产难度较大；通过拉锥形成的输出端口与传输通道不完全匹配，会导致高损耗。文献[7石健.基于少模光纤的模分复用通信技术研究[D].吉林大学,2013]设计了基于非对称平面波导的模分复用/解复用器，实现了模式的复用、解复用，还实现了模式的转换；但是该平面型复用器存在工作波段窄，难于集成，与光纤熔接困难的问题。文献[8Huang B,Xia C,Matz G,et al.Structured directional coupler pairfor multiplexing of degenerate modes[C].Optical Fiber CommunicationConference and Exposition and the National Fiber Optic Engineers Conference(OFC/NFOEC),2013:1-3；9Xie Y,Fu S,Liu H,et al.Design and numericaloptimization of a mode multiplexer based on few-mode fiber couplers[J].Journal of Optics,2013,15(12):3901-3901；10Tsekrekos C P,Syvridis D.SymmetricFew-Mode Fiber Couplers as the Key Component for Broadband Mode Multiplexing[J].Journal of Lightwave Technology,2014,32(14):2461-2467；11Simon Gross,Nicolas Riesen,John D.Love and Michael J.Withford,Mode-Division Multiplexingusing Femtosecond Laser Written 3-Dimensional Tapered Couplers,OECC/ACOFT2014.7,156-158]中设计了模式直接定向耦合的复用器；该复用器制造工艺简单，可以采用三维波导或光纤形成复用器；可直接与光纤熔接，具有较宽的工作波段；但是该类复用器传输信道的非线性和衰减较大，其设计也没有考虑阶跃型光纤的高差分模式群时延问题；这些问题以及低有效折射率差带来的模式串扰问题，都会使得系统信号恢复难度增大。而大有效面积、纯二氧化硅纤芯传输信道具有低衰减、低熔接损耗、低非线性特点，有助于提高系统的光信噪比，实现大容量、长距离传输，得到了科技工作者的关注[12Makovejs S,Roberts C,Palacios F,et al. Record-low(0.1460dB/km)attenuation ultra-largeeffective area optical fiber for submarine applications[C].Optical FiberCommunications Conference and Exhibition (OFC),2015:1-3；13Hirano M,YamamotoY,Kawaguchi Y.Low-Loss and Low-Nonlinearity Pure-Silica-Core Fiber for C-andL-band Broadband Transmission[J].Journal of Lightwave Technology,2016,34(2):321-326]。