[发明专利]基于光纤端面微结构的LP01

说明书

本发明公开了一种基于光纤端面微结构的LP₀₁‑LP_mn全光纤模式转换器及其制备方法，全光纤模式转换器包括依次相连的单模输入光纤、少模激励光纤、少模输出光纤，在少模激励光纤的尾端具有端面微结构。制备方法包括由聚焦后的飞秒激光对少模激励光纤端面进行纤芯材料选择性去除加工，纤芯材料去除之后形成的空气层和未被激光去除的纤芯共同形成少模激励光纤端面微结构；将单模输入光纤，具有端面微结构的少模激励光纤，少模输出光纤依次熔接在一起，形成全光纤模式转换器。本发明提供的光纤模式转换器利用端面微结构产生的在少模激励光纤纤芯横截面上具有不同空间分布的π相位差，从而在少模输出光纤中激励起对应的LP_mn模式，结构简单，稳定性好。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种基于光纤端面微结构的LP₀₁-LP_mn全光纤模式转换器及其制备方法。

背景技术

随着5G通信技术、大数据、物联网等技术的快速发展，数据通信业务呈指数型增长，以单模光纤为载体的通信容量逐渐逼近了其非线性香浓极限，现有的标准单模光纤通信系统在不久的将来出现容量危机。为了应对即将到来的容量危机，采用新技术实现光纤通信容量的显著提升，显得尤为重要。模分复用技术，采用光纤中的不同高阶本征模式作为独立的传输信道并行传输不同的数据流，从而将单根纤芯中的通信容量提升，这技术得到了通信领域广泛的关注和研究。利用高阶本征模式传输，就必然要求在多模光纤或者少模光纤中有效的激励和传输高阶模式，这就需要把光纤中传输的基模(LP₀₁模式)转换成为高阶模式，因此需要用到模式转换器。

现有用于模分复用系统中的模式转换方法有横向方法，即基于相位盘的自由空间光学模式转换技术，其通过控制相位盘不同区域的横向高度，在光信号传输的横向位置引入受控的相位跃变，可以实现高效率的LP₀₁模式到LP_mn模式的转换。但这模式转换器设计复杂、模式激励损耗高、相对体积庞大对外界环境振动敏感，因此，难以长期保持稳定性工作。

其次，还有纵向方法，即在光信号传输的方向引入周期性的扰动，周期性的扰动会使得光纤中的基模LP₀₁模式和高阶模式出现耦合，从而将基模转换成高阶模。但是这种模式转换器件带宽较小，往往只有几个nm，不满足通信系统宽波段通信的要求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于光纤端面微结构的LP₀₁-LP_mn全光纤模式转换器及其制备方法，旨在解决现有LP₀₁-LP_mn模式转换器结构复杂、稳定性差的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一方面，提供了一种基于光纤端面微结构的LP₀₁-LP_mn全光纤模式转换器，包括依次相连的单模输入光纤、少模激励光纤、少模输出光纤，在少模激励光纤的尾端具有端面微结构；

单模输入光纤用于发送LP₀₁模式；

少模激励光纤用于在LP₀₁模式传经过端面微结构时，引入不同空间分布的π相位差，从而在少模输出光纤中激励起对应的LP_mn模式；

少模输出光纤用于传输激励的LP_mn模式。

进一步地，端面微结构与激励的LP_mn模式一一对应，通过对纤芯材料选择性去除加工形成空气层和未被去除的纤芯共同形成的端面微结构。

进一步地，LP₀₁模式为基模，所述LP_mn模式为高阶模。

进一步地，单模输入光纤为单模光纤，少模激励光纤和少模输出光纤为同一种少模光纤。