[发明专利]一种基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器

说明书

本发明提供了一种基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器，包括单模纤芯Ⅰ、少模纤芯Ⅱ和包层，纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ包裹于所述包层内，组成双芯光纤；所述纤芯I为单模传输，纤芯II为非单模传输，在纤芯Ⅱ写入长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅在工作波长处满足纤芯Ⅱ中基模与纤芯Ⅰ中基模耦合的相位匹配条件。本发明采用长周期光纤光栅使纤芯Ⅰ中基模与纤芯Ⅱ中基模发生耦合，实现小模场和大模场光纤之间的模场转换。在较大波长范围内都有高效率转换，因而能实现宽带模场转换。所述模场转换器能够用于单模工作的少模光纤通信系统中，确保模式激发和分离的纯度，并且确保在传输过程中具有较小的损耗和低模式串扰。

技术领域

本发明涉及少模光纤通信领域，尤其是一种基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器。

背景技术

随着人们对信息需求的日益增长，由于单模光纤自身固有的非线性效应限制，其传输能量已达到极限。减少非线性，最直接的途径就是增加纤芯的直径，增大有效面积，然而当纤芯增大到一定程度时，光纤也将支持高阶模的传输，即为一种少模光纤。目前少模光纤通信技术主要分为两类。另一种是采用模分复用技术增加系统容量，即以少模光纤中的不同模式传输不同的信息的方法成为其中的一种方案。少模光纤支持的模式数大于单模光纤，但小于传统多模光纤，这使得其既能提供若干可供复用的稳定信道，又不至于引起大的模式色散。因此，少模光纤近年来得到了迅猛发展。另一种使少模光纤工作在单模状态，借助少模光纤的模场面积更大的优点，以减少光纤的非线性效应。

在少模光纤中实现单模传输最重要是单模激发和传输过称中的无模式串扰。由于模场面积及模场分布与单模光纤存在较大差异，少模光纤中基模虽然可以通过直接与单模光纤相连的方法实现，但是这样会带来诸如差分模式色散和较大的插入损耗等问题。

人们已经研究了基于双芯光纤的长周期光纤光栅的耦合特性，也提出了在双芯光纤的一个纤芯中写入光纤布拉格光栅，通过前向传输模式的耦合实现波长选择功能。

发明内容

针对以上不足，本发明的目的是提出一种损耗低、体积小、稳定性好、工作带宽大及可靠性高的基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于双芯光纤的长周期光纤光栅模场转换器，其特征在于，包括纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ和包层，纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ包裹于所述包层内，组成双芯光纤；所述纤芯I在工作波长范围内均为单模传输，即纤芯Ⅰ的归一化频率满足VⅠ<2.405；纤芯II在工作波长范围内均为非单模传输，即纤芯Ⅱ的归一化频率满足VⅡ>2.405；在所述纤芯Ⅱ写入长周期光纤光栅，长周期光纤光栅的周期满足Λ＝λo/(nⅡ(λo)-nⅠ(λo))，其中λo为光栅的中心波长，nⅠ(λo)为纤芯Ⅰ中基模的有效折射率，nⅡ(λo)为纤芯Ⅱ中基模的有效折射率；长周期光纤光栅的长度L取为单模传输与非单模传输的耦合长度，所述双芯光纤的长度大于长周期光纤光栅的长度。

进一步地，所述纤芯Ⅰ中心和纤芯Ⅱ中心之间的距离d满足：6<d-(MI+MII)/2<13μm，其中，MI和MII分别为纤芯I和纤芯II基模的模场直径。