[发明专利]一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器

权利要求书

1.一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器，由光源、单模光纤、一段孔助双芯光纤依次相连而成；孔助双芯光纤输入端是单模光纤与孔助双芯光纤中间芯直接正对焊接，光能量是从中间芯输入到孔助双芯光纤中，在模式转换区孔助双芯光纤通过拉锥技术实现中心芯基模和悬挂芯高阶模间的相位匹配条件；孔助双芯光纤直径为125微米，中间芯为单模，直径8-9微米，悬挂芯紧贴气孔内壁，支持双模传输，直径略大于中间芯为12-13微米，悬挂芯边缘距中间芯边缘2-7微米，孔助双芯光纤空气孔的直径为30-50微米；双芯光纤的两个纤芯折射率可相同也可不相同，悬挂芯中的sLP₀₁和sLP₁₁模式与中间芯的cLP₀₁模式均不满足相位匹配条件；孔助双芯光纤利用拉锥技术使光纤内的两个纤芯尺寸和距离等比例缩小，利用拉锥区域使中间芯的cLP₀₁模式和悬挂芯的sLP₁₁模式满足相位匹配条件，而中间芯的cLP₀₁模式和悬挂芯的sLP₀₁模式不满足相位匹配条件,即可使中心芯基模光耦合到悬挂芯中激发悬挂芯中的高阶模；拉锥区域的长度为2-5毫米，拉锥区域光纤最小直径为50-70微米，拉锥区域为渐进绝热模态演化过程；通过宽带光源、单模光纤、锥形孔助双芯光纤、单模光纤和光谱仪的连接方式，测量光能量在孔助双芯光纤两纤芯中的转换情况；可以利用显微物镜和红外CCD相机，观察锥形孔助双芯光纤模式转换后的模式图样；具体为：首先一段孔助双芯光纤与两端单模光纤正对精准焊接，通过超连续光源、单模光纤、孔助双芯光纤、单模光纤和光谱仪的连接方式，可以得到未拉锥处理时能量在中间芯的传输情况；之后将孔助双芯光纤进行拉锥，并实时监测，在拉锥的过程中中间芯的基模能量会耦合到气孔悬挂芯的高阶模中，则中间芯基模在匹配波长处会出现损耗峰；根据绝热模态演化机理，在锥形形变过程中，变化的两芯尺寸在某一波长下两个模式的有效折射率会相等，即孔助双芯光纤的中间芯和气孔悬挂芯在拉锥区域某处会满足相位匹配条件，中间芯的基模能量会耦合到气孔悬挂芯的高阶模式中；由于气孔的存在，随着入射波长的增加中间芯基模和悬挂芯高阶模式有效折射率下降的速率是不同的，悬挂芯所处环境具有较强的倏逝场，导致其模式有效折射率下降的速度会更快，因此两模式的色散曲线会有交点，即满足相位匹配条件的波长；为了观测模式转换过程是否发生，通过单色光源、单模光纤、锥形孔助双芯光纤、显微物镜和红外CCD相机的连接方式，观察锥形孔助双芯光纤在谐振波长时的模式图样，测量转化纯度。