[发明专利]滤模光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体为一种具有选择性滤除纤芯中传输模式功能的微结构光纤。

背景技术

单模光纤的信息容量通过时分复用、波分复用、偏振复用等技术获得了极大的提高，已经接近于极限。近年来，采用多芯光纤或少模光纤，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，且每路信号均可通过时分复用、波分复用技术实现大容量通信。采用少模光纤，以不同的模式传输不同的信息的方法，即所谓的模分复用技术，可以成倍地提高光纤的传输容量。除了在模分复用技术方面的应用以外，少模光纤还可以通过选择性激发高阶模的方法，实现大模场单模传输、色散补偿、超短脉冲传输以及非线性应用等。因此，如何有效地操纵、控制少模光纤中的传输模式，成为这些技术应用的关键。

光滤波器是用来进行波长选择的仪器，它可以从众多的波长中挑选出所需的波长。它可以用于波长选择、光放大器的噪声滤除、增益均衡、光复用/解复用，是波分复用系统中的重要器件。相似的，在少模光纤应用中，也需要有滤模器，即能够选择性地滤除光纤中的某个或某些模式的器件。

基于单模光纤与少模光纤耦合的双芯光纤可以实现模式的分离，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，其缺点其模场变形比较严重【Opt.Express，2010，18(5)：4709-4716】。采用波导结构，也可实现模式分离，但结构相对复杂【Opt.Express，2013，21(15)：17904-17911，Opt.Express，2013，21(17)：20220-20229】。

利用高阶模的弯曲损耗较大，而低阶模的弯曲损耗较小的特点，通过弯曲的方法，可以使光纤中的某个或某些高阶模产生大的损耗，从而实现滤模的目的。但如果想要滤除基模或低阶模而保留高阶模，则难以用这种方法实现。对于光子带隙光纤，由于传输模式需处于带隙内才能传输，而带隙可以出现在低折射率区，因此，采用带隙光纤结构，有可能可以使光纤的基模处于带隙之外，而让高阶模处于带隙之内，从而实现滤除基模的效果。然而，由于这种结构下的带隙一般较窄，导致其对高阶模的束缚能力较弱，因而高阶模的泄露损耗也往往很大【Opt.Express，2010，18(9)：8906-8915】。

能够有效滤除光纤中特定的模式而又保持其它模式低损耗传输的光纤结构，目前尚未见报道。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种具有选择性滤除纤芯中模式功能的微结构光纤。

本发明的技术方案为：一种微结构光纤，包括纤芯和包层，所述包层包括基质材料、高折射率介质柱和高折射率介质环。所述高折射率介质柱围绕纤芯并周期性排布于基质材料内。所述纤芯位于光纤的中心。所述高折射率介质环位于所述基质材料、高折射率介质柱的外侧。其折射率之间的关系满足：n_out＞n_clad，n_core＞n_clad，n_rod＞n_clad。纤芯与基质材料的参数关系满足：V＞2.405，这里这里，n_core，n_rod，n_clad，n_out分别为纤芯、高折射率介质柱、基质材料和高折射率介质环的折射率。r_core为纤芯半径，λ₀为工作波长。

高折射率介质柱和基质材料组成的微结构区域可传输的模式形成超模群。超模群中最低阶模式的有效折射率的和最高阶模式的有效折射率形成的区间为超模群区间。在工作波长范围内，至少有一个纤芯模式的有效折射率处于超模群区间，其泄露损耗大于有效折射率未处于超模群区间的其它纤芯模式。

作为本发明的进一步改进方案，在工作波长范围内，高折射率介质环的折射率处于超模群区间以上。