[实用新型]一种宽带光纤模式转换器

说明书

技术领域

         本实用新型涉及光纤通信领域，具体涉及实现模式之间转换的光纤模式转换器。

背景技术

随着少模光纤技术及其应用的发展，模式转换器作为其中的关键器件，受到了越来越多的重视。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。理想的光纤模式转换器应能够有效转换相应模式，具有较宽的工作带宽，且保证输出模式具有低串扰。

    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。人们也提出了基于光学全息技术及多模光纤耦合器的模式转换器【Journal of Lightwave Technology, 2012, 30(12): 1978-1984】。

    采用光纤结构并基于耦合原理可以实现模式转换。采用双芯光纤结构也可实现这种功能，且可用于色散补偿【Appl. Opt.,2012, 51(19): 4388-4393】，其工作带宽为22 nm。采用光子晶体光纤结构也可实现模式转换【一种光纤模式转换器，申请号：200810021652.8】，但结构较复杂，增加制作难度。

发明内容

针对现有技术不足，提出一种简单结构宽带光纤模式转换器，能在很宽的带宽范围内工作。

    本实用新型为解决技术问题所采用的技术方案是：该光纤模式转换器为一种三芯光纤，由纤芯I、II、III组成。三个纤芯的中心呈一直线，纤芯I和纤芯III分布于纤芯II两侧。纤芯I的归一化频率V₁满足V₁<2.405, 纤芯II的归一化频率V₂满足V₂>2.405，纤芯III的归一化频率V₃满足V₃>3.832，且满足V₁<V₂<V₃。

    作为本方案的进一步改进，在工作带宽范围内，纤芯I的基模有效折射率n_eff1和纤芯II的高阶模1的有效折射率n_eff2之差满足|n_eff1-n_eff2|<10^-3，纤芯II的高阶模1的有效折射率n_eff2和纤芯III的高阶模2的有效折射率n_eff3之差满足|n_eff2-n_eff3|<10^-3。纤芯I和纤芯II纤芯间距d₁≤6μm，纤芯II和纤芯III纤芯间距d₂≤6μm。

       作为本方案的进一步改进，纤芯I和纤芯II的中心距离d₁，纤芯II和纤芯III的中心距离d₂之间满足：d₁>d₂。

    本实用新型的有益效果是：采用三芯光纤结构，实现了不同光纤基模和高阶模的转换，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。且由于中间纤芯的存在，不同的模式在不同的纤芯中传输，输出的模式是单一的模式，不会混合其它不需要的模式，输入纤芯和输出纤芯之间距离远，保证了在输入纤芯中的输入模式与输出纤芯中的输出模式之间的低串扰。采用简单的三芯光纤结构，特别是可以采用微结构光纤制作工艺，且无需引入空气孔，采用简化了制作工艺，避免了带空气孔光纤的后期处理的复杂性，并可以实现批量化生产。

附图说明

图1为本实用新型的示意图；

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

    图3为不存在纤芯II时，纤芯I的LP₀₁模和纤芯III的LP₀₂模之间的耦合曲线；

图4为图1所结构中纤芯I的LP₀₁模和纤芯III的LP₀₂模之间的耦合曲线；

   图5为图1所结构中最终从纤芯I和纤芯III输出的能量与波长的关系示意图。

   其中，1为基质材料，2为纤芯I，3为纤芯II，4为纤芯III。