[发明专利]一种光纤模式插分复用器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体分为具有实现光纤中模式的插入与分离功能的模式插分复用器。

背景技术

光纤中的信号传输可通过多种方法提高单路光纤的信息传输容量，如时分复用、波分复用等技术。近年来，采用多芯光纤或多模光纤，通过不同的纤芯或同一光纤中不同的模式来实现传输不同信息的方法，即所谓的空分复用技术，引起了人们广泛的兴趣。空分复用系统中，每路信号载荷着不同的信息，且每路信号均可经时分复用、波分复用实现大容量通信。因此，模分复用可以成倍地提高光纤的传输容量。

在波分复用系统中，需要在发送端将不同波长的信号光合成，也需要在接收端将不同波长的信号光分离。特别地，在全光网络中，需要实现下载通道中的通往本地的信号，同时上载本地用户发往另一节点用户的信号的光器件，即光插分复用器。光插分复用器使光纤通信网具有灵活性、选择性和透明性等优越功能。利用光插分复用器还能提高网络的可靠性 ,降低节点成本 ,提高网络运行效率，因此是组建全光网的关键技术之一。同样的，基于模式复用的空分复用系统（亦称模分复用系统）中，既需要将不同模式的信号光合成到一根光纤，也需要在接收端将不同的模式的信号光进行有效的分离。即在发送端需要模式合束器，而在接收端需要模式分离器。进一步地，为了实现信号的上传和下载，还需要有选择性地在信道中插入一路信号（模式），以及有选择性地从信道中提取一路信号（模式），即在模分复用系统中需要具有插入（上传）和分离（下载）模式功能的模式插分复用器。采用分立元件，如光栅可以实现模式的分离与合成，但增加了系统的复杂性，而且只能通过分离→提取单路信号→合成的方法实现插入信号的目的。由于环节多，相应的对信号的损耗也增大。基于光纤结构的模式分离器的最简单例子是采用对称结构的双芯光纤耦合器，利用不同模式耦合长度的不同，通过选择合适的参数就可以实现模式分离的目的。然而，对于传输两个以上模式的情形，双芯耦合器无法实现有选择性的分离模式。基于单模光纤与少模光纤耦合的双芯光纤同样也可作为模式分离器使用，但难以避免不同模式之间的耦合【Opt. Fiber Technol.,2011, 17(5): 490-494】。采用多芯光纤可以实现多种模式的复用与分离，其缺点是采用了由4个介质柱组成的纤芯，其模场变形比较严重【Opt. Express,2010, 18(5): 4709-4716】，且这种器件仍属于模式复用/解复用器而非模式插分复用器。采用波导结构，也可实现模式插分复用，但结构相对复杂【Opt. Express,2013, 21(15): 17904-17911，Opt. Express,2013, 21(17): 20220-20229】。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的是提供一种具有宽带工作特性且能够实现选择性插入或分离特定模式的光纤模式插分复用器。

本发明的技术方案为：一种光纤模式插分复用器，由多芯光纤组成，所述多芯光纤的纤芯由两个主体纤芯、若干辅助纤芯组成，所述主体纤芯和辅助纤芯的中心在一条直线上，所述辅助纤芯位于两个主体纤芯之间，且相邻辅助纤芯的中心距离相同；所述两个主体纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述主体纤芯归一化频率V₁满足V₁>3.832，                                                ，其中a₁为主体纤芯的半径，λ为工作波长，n_core1为主体纤芯的折射率，n_clad为包层折射率；所述辅助纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述辅助纤芯归一化频率V₂满足 <2.405，其中，a₂为辅助纤芯的半径，n_core2为辅助纤芯的折射率；所述辅助纤芯为单模光纤，所述辅助纤芯的数量N满足N≥2。待分离的多个复用模式从一个主体纤芯输入，其中一个模式从另一主体纤芯输出，其余模式仍从原主体纤芯输出。