[发明专利]一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器

说明书

本发明属于光纤通信领域，特别涉及一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器领域。一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器，包括：中间芯1，悬挂芯2，单模光纤3，孔助双芯光纤4，孔助双芯光纤空气孔5，显微物镜6，红外CCD相机7，单模光纤3与中间芯1直接正对焊接，悬挂芯2紧贴孔助双芯光纤空气孔5内壁，悬挂芯3边缘距离中间芯1边缘2‑7微米。本发明的有益效果是：所述模式转换器采用具有特殊结构的孔助双芯光纤，即单根光纤具有单模和高阶模式的双芯结构，实现了模式在单根光纤的转换，器件小集成度高，制作工艺简单。模式转换波长可控，模式转化效率高，转换的高阶模式纯度高。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，特别涉及一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器领域。

背景技术

目前，光纤通信因为其传输损耗低、传输频带宽、重量轻、抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀等优势被广泛的运用于石油化工、电力、医学、土木工程等诸多领域。单模光纤因为其传输能量的限制，已经不能满足工业上的需求，而空分复用技术能够提高光纤传输能力，具有克服这一瓶颈的潜力，其运用的光纤是具有多模式的少模光纤或多模光纤。相对于多模光纤，少模光纤有更大的模式色散和严格的模式耦合，因此基于少模光纤的模式空分复用技术得到了更加迅速的发展，人们对少模光纤中的高阶模式及其在模式空分复用系统中的潜在应用的兴趣也显著提高。

模式空分复用技术中两个重要的问题是如何高效的激发少模光纤中的高阶模式和保证高阶模式的纯度。目前关于如何激发高阶模式问题，运用最成熟的技术是模式选择耦合器，分别有两种实现方法，即对称型和非对称型模式转换。

非对称技术产生高阶模式的方法有多种，如长周期光纤光栅、光纤布拉格光栅、声诱导光纤光栅、横向错位拼接技术等。然而这些产生高阶模式的方法都是基于光纤腔中基模震荡的模式转换，因此产生的高阶模式纯度都会因为转换效率和带宽受到极大的限制。光栅型模式转换器依赖于严格的相位匹配和非对称折射率干扰来实现其功能，使器件制作复杂不容易实现。而横向错位拼接技术受限于其需要精准的焊接和人为错位技术，重复率不高。对称型模式转换器主要是通过锥形结构来实现高阶模式的产生，与标准非对称型模式转换器的主要区别在于将近似绝热锥形结构引入到光纤内部，锥形变形仅仅依赖于渐进的绝热模态演化。即如果有一个缓慢的横截面变化，能量可以在一个纤芯的基模和另一个紧挨着的少模纤芯的高阶模式之间转移。也就是说两芯的传播常数只要在锥体结构中间某处相匹配，便能将高阶模式激发出来。

本发明是利用一种基于绝热模态演化机理的锥形孔助双芯光纤实现基模向高阶模式的转换。在输入和输出端是单模光纤与孔助双芯光纤中间芯直接正对焊接，光能量从中间单模芯输入到孔助双芯光纤中，并在孔助双芯光纤的锥形区完成能量从中间芯到悬挂芯的转换。为了观察悬挂芯中高阶模的纯度，可以通过单色光源、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，观察悬挂芯中的模式场图来确定高阶模式的纯度。相比于基于基模震荡原理的光栅型和横向错位模式转换器，其制作简单，转换效率高，相位匹配条件易于实现，且转换的高阶模式纯度高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器。

本发明是这样实现的：

一种基于锥形的孔助双芯光纤模式转换器，包括：中间芯1，悬挂芯2，单模光纤3，孔助双芯光纤4，孔助双芯光纤空气孔5，显微物镜6，红外CCD相机7，单模光纤3与中间芯1直接正对焊接，悬挂芯2紧贴孔助双芯光纤空气孔5内壁，悬挂芯3边缘距离中间芯1边缘2-7微米。

所述孔助双芯光纤4的直径为125微米，中间芯1的直径为8-9微米，悬挂芯2的直径为12-13微米，孔助双芯光纤空气孔(5)的直径为30-50微米。

所述拉锥区域的长度为2-5毫米，拉锥区域光纤最小直径为50-70微米。