[发明专利]一种基于环芯有源光纤的高阶模式宽谱光源

说明书

本发明公开了一种基于环芯有源光纤的高阶模式宽谱光源，通过对涡旋光束保持光纤的环芯进行有源掺杂，并对其中掺杂的稀土离子及过渡金属元素进行合理配置，制备并提供了一种环芯结构分布的有源光纤，该光纤可以传输并保持具有轨道角动量的涡旋光束，利用该种光纤与半导体激光器、模式转换器、偏振控制器、反射装置共同搭建全光纤型的光源系统，实现一种宽谱光源的高阶模式输出，包括高阶矢量模式、高阶标量模式以及高阶OAM模式，另外根据光纤中掺杂离子的不同，光源的输出光谱实现覆盖可见光、O、E、S、C、L以及U波段。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，特别是涉及一种基于环芯有源光纤的高阶模式宽谱光源。

背景技术

近年来网络时代的迅速发展，海量数据传输、云计算等新兴领域也涌现出来，使得传统光纤通信网与光纤传感网都需向超高速率、超大容量快速发展，这对光纤通信系统提出了更高的要求。

随着涡旋光被广泛地运用到许多光器件中，如涡旋光放大器，涡旋光激光器，以及高阶模式的宽谱光源等。制作这些器件必然要使用到有源光纤，但目前标准的有源光纤无法支持携带光子轨道角动量的光涡旋模式的稳定传输，传输带宽也不利于未来光纤通信全波段拓展。

另外，目前ASE光源被广泛地关注和使用，其具有输出功率高，光谱宽度宽，波长稳定，寿命长，易于光纤耦合等优点。该光源利用有源光纤中掺杂离子的ASE效应来产生宽谱光，但如今现有的ASE光源仅为基模输出，存在无法转化为高阶模式的缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于环芯有源光纤的高阶模式宽谱光源，通过对涡旋光束保持光纤的环芯进行有源掺杂，并对光纤内部各个区域的折射率进行合理配置，提供一种可以支持涡旋光束传输的有源光纤，进一步提供可以将基模转化为高阶模式的宽谱光源，为高阶模式的传输提供了新方向，以此实现光通信和光传输数据容量的增加。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供一种基于环芯有源光纤的高阶模式宽谱光源，包括半导体激光器、模式转换器、偏振控制器、反射装置、环芯有源光纤。上述元部件的连接关系如下：

半导体激光器的输出端经单模光纤连接至模式转换器的单模光纤输入端，该模式转换器的涡旋光纤输出端通过涡旋光纤连接偏振控制器的输入端，所述偏振控制器输出端与环芯有源光纤连接；

所述的反射装置连接模式转换器的涡旋光纤输入端。

可选地，所述宽谱光源为单程前向、单程后向、双程前向、双程后向结构中的一种。以实现LP₀₁(HE₁₁)、LP₁₁(HE₂₁、TE₀₁、TM₀₁)、LP_n1(HE_n+1,1、EH _n-1,1，n＝1,2,…10)模式以及OAM_±n(n＝1,2,…10)模式输出。

优选地，所述模式转换器为熔融型光纤模式选择耦合器，作为泵浦光模式的转换器件，其损耗小、效率高，且适用于远距离传输系统。

优选地，所述反射装置采用熔融型耦合器，其分光比为1:1，可转换为高阶矢量模式、高阶标量模式或高阶OAM模式，且模式阶数满足n＝1,2,…10，模式转换效率大于60％。

优选地，所述环芯有源光纤包括纤芯、环芯以及包层，所述纤芯设置于环芯的中心处，所述包层将环芯包裹于其内部。

优选地，所述纤芯为纯石英、低折射率掺杂或空芯结构中的一种；所述环芯为高掺杂区域，其中锗的含量为0.5-35.0mol％，磷的含量为0.2-5.0mol％，铝的含量为0.2-30.0mol％，稀土离子的含量为0-5.0mol％；所述包层为纯石英材料制成；可以实现覆盖可见光、O、E、S、C、L以及U波段的高阶矢量模式、高阶标量模式以及高阶OAM模式。