[发明专利]全光纤的锥形模式转换器

说明书

本发明公开一种全光纤的锥形模式转换器，属于光纤通信技术领域。该模式转换器由一对锥形光纤耦合器组成，该耦合器的输入锥形光纤提供不同模场直径单模光纤的模式匹配，输出锥形光纤提供低损耗的LP_0n模式转换。由于模式转换基于锥形光纤的绝热变换，因此具有较大的转换带宽，能在较宽的波长范围内能实现较高的转换效率。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体的说，是一种能实现模式之间绝热变换的锥形光纤模式转换器。

背景技术

随着光纤通信容量需求的迅速增长，模分复用被认为是进一步提高光纤传输容量的方法。在模分复用系统中，除了光纤基模外，高阶模式也用于传输信号，因此实现光纤不同模式场之间转换的模式转换器作为其中的关键器件，受到了越来越多的重视。理想的光纤模式转换器应能够有效地进行相应模式的转换，其转换模式应具有较高的纯度，同时具有较大的工作带宽和较低的插入损耗。

目前基于光纤的模式转换器件主要有以下几种：

1.基于光纤光栅的模式转换器，其基本原理是利用长周期光纤光栅实现模式间的转换，但是其工作带宽较窄。

2.基于模式耦合的模式转换器，包括双光纤结构，双芯结构，光子晶体双芯光纤结构等。

3.基于模式叠加的模式转换器，例如光子灯笼等。

基于谐振耦合的光纤模式转换器一般工作带宽较窄，同时对器件参数要求较为严格。基于绝热变换的光纤模式转换器，例如光子灯笼，具有更大的工作带宽，但对光纤参数要求较高。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种全光纤的锥形模式转换器，利用两个锥形光纤，实现了单模光纤的基模到多模光纤的LP_0n模之间的绝热变换。

为达到上述发明创造目的，本发明采用如下技术方案：

一种全光纤的锥形模式转换器，包括输入单模光纤的锥形模场转换器、输出多模光纤的锥形模式转换器和光纤熔接区，输出多模光纤的锥形模式转换器的未锥化端输入的高斯光束光场经锥形光纤的绝热变换后，与输出多模光纤的LP_0n具有更接近的有效折射率和模场分布，通过熔接方式进行连接形成光纤熔接区；能实现单模光纤的基模LP₀₁模和多模光纤的高阶模LP_0n模间的模式转换。优选地，单模光纤锥形转换器将输入的单模光纤基模绝热变换为未锥化端的光纤基模，未锥化端光纤基模的模场分布与有效折射率与多模光纤锥形转换器未锥化端的高阶模LP_0n模更为接近，因此在光纤熔接区可以低损耗地激发LP_0n模。在输出多模光纤锥形转换器中，LP_0n模从未锥化端绝热地变换到锥化端输出。

优选地，全光纤的模式转换器，形成基座光纤形式，包括具有第一折射率的中央芯区、若干具有第一折射率的环形光纤区和具有第二折射率的包层区；所述基座光纤的构造使得其可锥化，以形成输出多模光纤的锥形模式转换器，在未锥化端的高阶模式具有高斯光束的模场分布，而经锥化区的绝热变换后，锥化端的输出模场分布更接近于多模光纤的LP_0n模。

优选地，中央芯区和环形芯区之间具有足够的距离，使得中央芯区所激发的LP_0n模不会和环形芯区的模式发生能量转换。

优选地，输出多模光纤的锥形转换器的环形芯区的基模具有比中心芯区基模更高的折射率，使在光纤熔接区的锥形转换器的基模与锥形转换器的LP_0n模匹配。为满足在光纤熔接区，输入单模光纤的锥形模场转换器的基模与输出多模光纤的锥形模式转换器的LP_0n模更为匹配，要求输出多模光纤的锥形模式转换器的基座光纤的环形芯区的基模具有比中心芯区基模更高的有效折射率。