[发明专利]一种光纤模式转换器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体涉及实现模式之间转换的光纤模式转换器。

背景技术

由于单模光纤可以避免多模光纤传输时的模间色散问题，因此目前广泛应用在通信、传感等领域。近年来，人们提出了许多新型的光纤结构。如采用光子带隙原理的Bragg光纤，其传输损耗最低的模式并非普通单模光纤的LP₀₁模，而是TE₀₁模。此外，人们还提出采用高阶模实现色散补偿技术，从而实现大模场、低损耗光传输等。

采用高阶模还可以实现信息传输。空分复用被认为是进一步提高光纤通信容量的方法。在空分复用系统中，最典型的两种方法是在多芯光纤或者多模光纤上实现空分复用。在不同纤芯或者不同模式内传输多个信号可以提高通信容量。

当使用到以上光纤技术时，就需要借助模式转换器实现LP₀₁模与其它模式之间的转换。光纤模式转换器是一种实现光纤不同模式场之间转换的器件。人们已经提出了几种适用于光纤模式转换的器件，其中最常用的是基于光纤光栅的模式转换器，但是其工作带宽较窄，约几纳米。此外，人们还提出了在一根光纤的两个纤芯中实现模式转换的方法[Applied Optics,2012,51(19),4388]，这种模式转换器可以实现LP₀₁模和LP₀₂模的相互转换，但是该结构转换效率大于80%的波长范围为22nm，带宽较窄。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提出一种能在很宽的带宽范围内工作的宽带光纤模式转换器。

本发明的技术方案是：一种光纤模式转换器，包括光纤I、光纤II、光纤III，其特征在于：所述光纤I和光纤II的部分包层研磨后贴合在一起形成耦合区，且耦合区的纤芯间距小于光纤I和光纤II的纤芯间距，所述光纤I的基模有效折射率和光纤II的高阶模1的有效折射率在工作波长处相等，所述光纤I和光纤II耦合区的长度为光纤I的基模和光纤II的高阶模1在工作波长处的耦合长度L₁的整数倍；所述光纤II和光纤III的部分包层研磨后贴合在一起形成耦合区，且耦合区的纤芯间距小于光纤II和光纤III的纤芯间距，所述光纤II的高阶模1有效折射率和光纤III的高阶模2的有效折射率在工作波长处相等，所述光纤II和光纤III耦合区的长度为光纤II的高阶模1和光纤III的高阶模2在工作波长处的耦合长度L₂的整数倍。 所述纤芯间距是指两根并排放置的光纤的纤芯边缘的最短距离。耦合长度是两光纤的模式发生一次完全耦合所对应的光纤长度。而耦合区长度是指实际制作时，两光纤能够发生能量耦合的区域。显然耦合区长度应是其耦合长度的整数倍。

进一步，所述光纤I和光纤II耦合区的纤芯间距d₁<12μm；所述光纤II和光纤III耦合区的纤芯间距d₂<10μm。

作为本方案的进一步改进，要求光纤I和光纤II纤芯间距d₁≤6μm，光纤II和光纤III纤芯间距d₂≤6μm。

作为本方案的进一步改进，要求光纤I的归一化频率V₁满足V₁<2.405,光纤II的归一化频率V₂满足V₂>2.405，光纤III的归一化频率V₃满足V₃>3.832，且满足V₁<V₂<V₃。

    本发明的有益效果是：采用简单的光纤结构，实现了不同光纤中不同模式的转换，通过中间模式的过渡，有效提高了光纤基模与所需转换的高阶模之间的转换效率。不同的模式在不同的光纤中传输，输出的模式是单一的模式，不会混合其它不需要的模式。

附图说明

图1为本发明一种实施例的示意图；

    图2为图1所示结构中光纤I的LP₀₁模、光纤II的LP₁₁模和光纤III的LP₀₂模的有效折射率与波长的关系示意图；