[发明专利]超平坦谐振长周期光栅的制备方法及宽带模式转换系统

说明书

本发明公开超平坦谐振长周期光栅的制备方法及宽带模式转换系统,制备方法包括：S1、基于选定的两模光纤的参数，通过物理场模拟仿真计算两模光纤在C+L波段内LP₀₁模式和LP₁₁模式有效折射率与谐振波长的对应关系；S2、基于所述对应关系以及长周期光栅的相位匹配关系，得到光栅临界周期；S3、基于所选定的两模光纤的临界周期，通过预设制备装置在两模光纤上制备超平坦谐振长周期光栅。本发明所制备的超平坦谐振长周期光栅具有平坦变化的谐振波长响应，增加了长周期光栅的有效工作带宽，将该超平坦谐振长周期光栅作为超宽带模式转换器，实现了多个波长下LP₀₁模式到LP₁₁模式的耦合、以及+1/‑1阶光学涡漩光束的稳定输出。

技术领域

本发明涉及光纤器件和光学模式技术领域，特别是涉及超平坦谐振长周期光栅的制备方法及宽带模式转换系统。

背景技术

光纤模式复用技术的核心器件是模式转换器，利用模式转换器有效激发高阶模式，实现通信系统中不同高阶模式的复用与解复用。目前，模式转换器已广泛应用于大规模波分复用通信、高分辨率成像、光学镊子、材料加工等领域。传统的模式转换器主要分为空间式和光纤式，空间式模式转换器主要包括：Q板、空见光调制器、螺旋相位板等，这些空间分插器件体积大而笨重、不利于集成化；光纤式模式转换器主要包括：模式选择耦合器、光纤错位熔接、长周期光纤光栅等，其中，模式选择耦合器和光纤错位熔接主要存在插入损耗大的问题，而长周期光纤光栅通常表现为窄带传输特性而且模式转换效率变化不够平坦，这些亟待解决的问题限制了上述模式转换器的应用。

综上所述，寻找一种全光纤式的低损耗、带宽大、模式转效率变化平坦的模式转换器成为研究人员关注的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种超平坦谐振长周期光栅的制备方法及宽带模式转换系统，以解决现有技术中存在的技术问题，所制备的超平坦谐振长周期光栅具有平坦变化的谐振波长响应，增加了长周期光栅的有效工作带宽，将该超平坦谐振长周期光栅作为超宽带模式转换器，实现了多个波长下LP₀₁模式到LP₁₁模式的耦合、以及+1/-1阶光学涡漩光束的稳定输出。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供超平坦谐振长周期光栅的制备方法，包括：

S1、基于选定的两模光纤的参数，通过物理场模拟仿真计算所述两模光纤在C+L波段内LP₀₁模式和LP₁₁模式有效折射率与谐振波长的对应关系；

S2、基于所述两模光纤在C+L波段内LP₀₁模式和LP₁₁模式有效折射率与谐振波长的对应关系以及长周期光栅的相位匹配关系，得到光栅临界周期；

S3、基于所选定的两模光纤的临界周期，通过预设制备装置在所述两模光纤上制备超平坦谐振长周期光栅；其中，所述制备装置包括：超连续光源、第一单模光纤、模式剥离器、第二单模光纤、光纤光谱仪、两个马达运动系统、激光系统、程序控制系。

优选地，所述S1中，所述两模光纤的参数包括纤芯折射率、纤芯半径、包层折射率、包层半径；所述两模光纤在C+L波段内支持LP₀₁模式和LP₁₁模式的传输；所述两模光纤从LP₀₁模式到LP₁₁模式转换所需的光栅周期随谐振波长的变化为非单调的上凹抛物线。

优选地，所述S2中，光栅临界周期的获取方法包括：

长周期光栅的相位匹配关系如下式所示：

A＝λ_res/n₀₁-n₁₁