[发明专利]一种基于非对称双芯光子晶体光纤的宽带模式转换器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信和传感等技术领域，特指一种光纤模式转换器。

背景技术

光纤模式转换器是一种实现光纤中不同模场之间转换的器件，在光通信网和传感等领域有重要应用。目前，多种新型的光纤结构为：一是采用光子带隙原理的布拉格型光纤，其传输损耗最低的模式并非普通光纤中的LP₀₁模，而是TE₀₁模。二是采用高阶模传输实现色散补偿技术以及将基模转换成高阶模，从而实现大模场、低损耗的光传输。其中，最常见的是基于光纤光栅的模式转换器，但采用光纤光栅时，基模及转换得到的高阶模都是在同一根光纤中传输，因此，如果光纤光栅不能实现将基模百分之百地转换为高阶模，则在光纤中将有剩余的基模能量在光纤中传输，这些剩余能量将对传输的光信号产生干扰，从而影响器件的性能。此外，虽然这种光纤光栅模式间有大于99％的较高转换效率，但其工作带宽很窄，约为几个纳米。而基于光子晶体光纤熔融技术拉制而成的全光纤模式转换器能在带宽很宽的范围内实现高消光比的模式转换，但这种器件在制作工艺方面要求很高，且难以实现批量生产。

申请号为200810021652.8，名称为“一种光纤模式转换器”公开了一种基于不对称双芯光子晶体光纤的模式转换器，这种模式转换器是通过使一个纤芯的基模(LP₀₁)和另一个纤芯的高阶模(LP₀₂)的有效折射率相等的方法实现基模与高阶模之间的高效耦合，即利用耦合实现模式的转换，这种模式转换器的偏振相关损耗小且可实现批量生产，但其缺陷是：该结构中两个模式的有效折射率曲线只能在一个频率点上相交，在其它频率点处，由于两个模式的有效折射率不相等，即两者相位不匹配，根据耦合理论可知，只能实现部分的耦合，这就直接导致了转换效率的下降，由于两个模式之间的有效折射率只能在很窄的一段频率范围内匹配，因此其工作带宽较窄，只有14nm。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种新型的基于非对称双芯光子晶体光纤的宽带模式转换器，能在很宽的带宽范围内实现工作。

本发明采用的技术方案是：由基质材料和分布在其上的孔组成，每相邻的三个孔构成一个正三角形网格，且每个孔的中心分别位于正三角形网格的结点上，在正三角形网格中缺失的一个空气孔形成纤芯，分布在正三角形网格结点上的七个折射率低于基质材料的介质棒组成纤芯；围绕纤芯最内层的空气孔为三个大孔和三个小孔，大孔的直径大于小孔的直径，这三个大孔和三个小孔间隔排列且依次分布在三角形网格各个结点上，紧邻纤芯的内层空气孔为小孔。

介质棒的直径与相邻的两个结点间的间距之比小于0.5。

大孔与小孔的直径之比为3∶1～2∶！。

介质棒的折射率比基质材料的折射率低0～0.01。

本发明的有益效果是：实现了非对称纤芯中基模和高阶模之间的转换，通过改变两纤芯包层空气孔直径及纤芯中掺杂介质棒的折射率差来有效地调整基模和高阶模的有效折射率，在两个纤芯中都不存在双折射。本发明能实现宽带的模式转换，其工作波长范围为1.45～1.61μm，即工作带宽可达160nm。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

图1为本发明一实施例的光纤横截面示意图。

图2为图1所示结构中的小纤芯的LP₀₁模和大纤芯的LP₀₂模的有效折射率与波长的关系示意图。

图3为光信号在图1所示光纤中传输距离分别为0(图3a)，L/3(图3b)，2/3L(图3c)，L(图3d)时的场分布示意图。

具体实施方式