[发明专利]一种涡旋光束模式转换耦合器及其制作方法

权利要求书

1.一种涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于：包括单模光纤(2)，少模光纤(3)以及两者的耦合部(1)，所述耦合部(1)由单模光纤(2)和少模光纤(3)扭和0.5-2圈后进行熔融拉锥融合而成，使用时，光束从单模光纤(2)的一端进入，经过耦合部(1)后分别从单模光纤(2)以及少模光纤(3)的另一端离开；所述单模光纤(2)与少模光纤(3)的包层直径相同；所述少模光纤(3)由少模纤芯(31)、内少模包层(32)以及外少模包层(33)组成，少模纤芯(31)设置于内少模包层(32)中心处，外少模包层(33)将内少模包层(32)包裹于其中；所述少模光纤(3)中支持传输的各矢量模式之间的模式有效折射率差大于1×10^-4，少模纤芯(31)的折射率是内少模包层(32)折射率的一半。

2.根据权利要求1所述的涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于：所述少模纤芯(31)的直径为5-8μm。

3.根据权利要求1所述的涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于：所述内少模包层(32)的直径为8-30μm。

4.根据权利要求1所述的涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于：所述外少模包层(33)的直径为125～160μm。

5.根据权利要求1所述的涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于：所述耦合部(1)中，单模光纤(2)和少模光纤(3)的扭和圈数为1圈。

6.一种涡旋光束模式转换耦合器的制作方法，制备权利要求1-5中任意一项所述涡旋光束模式转换耦合器，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一，计算少模光纤(3)的模式数量与纤芯包层尺寸大小和有效折射率差之间的关系，确定需要制作的少模光纤(3)的参数，以此参数进行少模光纤(3)制备；

步骤二，截取相同长度的单模光纤(2)与少模光纤(3)，并在中间区域剥去相同长度的涂履层，然后分别对少模光纤(3)以及单模光纤(2)进行预拉锥处理，使预拉锥后的少模光纤(3)以及单模光纤(2)拥有与模式匹配的芯包尺寸；

步骤三，根据预拉锥处理后光纤所能够达到的模式匹配要求，设置拉制模式转换耦合器的参数，将单模光纤(2)和少模光纤(3)扭合在一起，而后进行拉制操作，拉制时，在模式耦合开始之前，拉伸速度为50-250μm/s；在模式耦合开始之后，拉伸速度为20-200μm/s；耦合结束后，修正速度为5-50μm/s；总的拉伸距离为8000-35000μm；

步骤四，拉制完成后，将模式转换耦合器进行封装，最后将产品嵌入系统，进行验证性测试，检验其是否能够完成模式的转换，若不能则回到步骤一重新制备，若能则完成涡旋光束模式转换耦合器的制作。

7.根据权利要求6所述的涡旋光束模式转换耦合器的制作方法，其特征在于：制备少模光纤(3)时所使用的预制棒，制作方法包括MCVD改良化学气相沉积工艺，FCVD加热炉化学气相沉积工艺，PCVD等离子体化学气相沉积工艺，OVD外部气相沉积工艺，VAD轴向气相沉积工艺，以及ALD原子层沉积掺杂工艺中的任意一种或几种工艺相结合。

8.根据权利要求6所述的涡旋光束模式转换耦合器的制作方法，其特征在于：在步骤一中，确定了少模光纤(3)的参数后，还包括根据光束传播法进行光纤模式转换耦合器的建模仿真，根据少模光纤(3)的参数对单模光纤(2)与少模光纤(3)融合后的光束传播结果进行仿真，验证光束是否在耦合部(1)发生周期性耦合，如发生则继续，如不发生则重新进行少模光纤(3)参数的计算。