[发明专利]一种LP01模式-LPmn模式全光纤型模式转换器

说明书

本发明涉及一种LP01模式‑LPmn模式全光纤型模式转换器，该模式耦合器的模式转换光纤采用单芯结构，该模式转换光纤耦合区纤芯存在一扇形调制区，从该段纤芯的横截面上看，其由扇形调制区纤芯组件和其它纤芯组件两部分组成，所述扇形调制区的扇形张角θ满足所述模式转换光纤耦合区的长度满足其中，κ为输入模式和输出模式之间的等效耦合系数，β₀₁与β_mn分别为调制区内LP01模式和LPmn模式的有效传播常数。本发明结构的模式转换器能实现光纤中LP01模式与LPmn模式的任意高效转换，且可解决当前全光纤型模式转换器结构复杂、熔接困难以及成本高等问题。

技术领域

本发明涉及一种全光纤型的LP01-LPmn(m、n均为大于等于1的自然数)模式转换器。

背景技术

随着物联网、大数据以及5G通信技术的快速发展，人们对信息传输能力的要求以指数级数的速度增长，而普通的单模光纤的传输能力也在逐渐接近非线性香农极限，为了进一步满足人们不断快速增长的通信容量的需求，近年来研究者不断地开发通信维度，发展了以模分复用、偏振复用以及光学轨道角动量复用为代表的一系列技术，这些技术都涉及利用光纤内高阶本征模来进行对通信信道维度进行拓展。为了有效地实现信号的空分复用，必然要求在多模或者少模光纤内有效地激发和传输高阶模式，这就需要将基模(LP01模)通过一定的手段转换到特定需要的模式上。此外，模式转换不仅局限于空分复用技术中的相关应用，在传统的通信中它也可以用于色散补偿。由于多模光纤中高阶模式具有负色散，因此可以将需要做色散补偿的信号激发到高阶模式上，经过一段传播距离之后，再将其转换到基模上，这样就实现了模式补偿，在这个过程中需要两次用到模式转换器。

目前已有的模式转换器有两种类型：1)光栅型模式转换器。这类转换器基于布拉格光纤光栅或者长周期光纤光栅或者倾斜的布拉格光栅的模式转换器，目前只能实现较低阶模式的转换(即LP01模到LP11模或者LP21模)，主要受光纤复杂的模式匹配技术以及光栅的加工工艺限制；且由于光栅的特性使得其实现转换的带宽也相对较窄。2)全光纤型模式转换器。这类转换器有的是利用光子晶体光纤拉制而成的模式转换器，它虽然能在较宽的带宽(波长范围宽)内实现高质量的模式转换，但制作工艺复查，成本高。制作光子晶体光纤，常采用管棒堆积法，即将多根石英棒堆积在一起并制成蜂窝状结构的预制棒，在进行进一步拉制。其难点在于克服在拉制过程中该预制棒内部的石英-空气界面存在的表面张力、黏度力以及拉伸应力等的影响,这些因素使得预制棒结构极易缩塌或变形，严重影响了光子晶体光纤制作的成品率。也有的模式转换器是利用多种类型光纤如标准单模、少模和多模光纤复合而成的多模干涉耦合器以及利用非对称的双芯结构(一个芯径大，另一个小)的光子晶体光纤耦合器和利用中间模式进行过渡(例如LP01-LP11-LP02等)的非对称双芯光纤耦合器。这类耦合器的共同特点是转换带宽相对较大，效率高，但由于采用结构复杂的多纤芯(两个以上)结构来实现模式的高效转换，所以制作难度大，且由于采用多芯结构，不易与标准单模或多模光纤(单芯)进行熔接。

基于以上所述，本发明拟公开一种新型的具有单芯结构的、高效的、宽带的全光纤型模式转换器。

发明内容

本发明的发明目的是，提供一种新型结构的全光纤型模式转换器，该结构的模式转换器能实现光纤中LP01模式与LPmn模式的任意高效转换，可解决当前全光纤型模式转换器结构复杂、熔接困难以及成本高等问题。

本发明通过如下技术方案实现其发明目的:一种LP01模式-LPmn模式全光纤型模式转换器，包括模式耦合器，所述模式耦合器包括模式转换光纤，还包括连于所述模式耦合器的模式转换光纤的两端，用于输入的输入端和用于输出的输出端；