[发明专利]一种单模多模调模器件及其制备方法

权利要求书

1.一种单模多模调模器件，其特征在于，包括多模光纤、单模光纤和拉锥光纤，所述拉锥光纤的纤芯直径分别与多模光纤及单模光纤的纤芯直径相适配，拉锥光纤具有平滑过渡的锥区，拉锥光纤的纤芯直径沿单模光纤至多模光纤方向渐变扩大，拉锥光纤相对的两端分别与多模光纤和单模光纤熔融连接在一起，单模光纤的基模模场信号通过拉锥光纤渐变扩大模场输入到多模光纤中，由拉锥光纤激发的低阶模/高阶模能低损耗传入多模光纤中，多模光纤中的低阶模/高阶模通过拉锥光纤均匀渐变模场约束激发成基模耦合到单模光纤中，起到单模与多模的调模作用。

2.根据权利要求1所述的一种单模多模调模器件，其特征在于，所述拉锥光纤与多模光纤和单模光纤的熔接点处均套设于第一套管内，第一套管外部套设有第二套管，用于固定多模光纤和单模光纤，多模光纤和单模光纤裸漏于第二套管外部的部分均包覆有外护套。

3.根据权利要求1所述的一种单模多模调模器件，其特征在于，所述拉锥光纤的纤芯直径不小于多模光纤的纤芯直径，拉锥光纤的纤芯直径与单模光纤的纤芯直径相同。

4.根据权利要求3所述的一种单模多模调模器件，其特征在于，所述单模光纤的纤芯直径为4-14μm，纤芯折射率分布为阶跃型，传输波段为C、L波段。

5.根据权利要求1所述的一种单模多模调模器件，其特征在于，所述第一套管的外部套设相适配的第二套管，所述第二套管为金属管，第二套管内注有固定胶水，用于固定第一套管和内部的光纤，并导出光纤熔接点处由于损耗所泄露的激光。

6.根据权利要求1或5所述的一种单模多模调模器件，其特征在于，所述第一套管采用石英管，外直径为2mm，内直径为1-1.4mm，石英管对0.8-1.6μm波段的光透过率不低于95％。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种单模多模调模器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据多模光纤和单模光纤的纤芯直径与折射率参数选择合适的预拉锥光纤用于制备拉锥光纤，根据Marcuse理论计算预拉锥光纤需要拉锥到单模光纤匹配的拉锥光纤纤芯所需的拉锥比和拉锥长度，确保拉锥光纤的纤芯直径不小于多模光纤的纤芯直径，随后在拉锥设备上固定预拉锥光纤，设置好需要的拉锥比例及拉锥长度，使用拉锥设备对预拉锥光纤进行拉锥得到所需拉锥光纤；

2)对步骤1)所得拉锥光纤相对的两端进行精密切割，端面倾斜在0.3°以内，随后将拉锥光纤相对的两端分别与多模光纤和单模光纤熔融连接在一起；

3)将拉锥光纤与多模光纤和单模光纤的熔接处分别套设于第一套管内，第一套管外部套设相适配的金属管，金属管内注有固定胶水；

4)待拉锥光纤及其两端的熔接处在第一套管内固化后，在第一套管外部套设上第二套管，固定住多模光纤和单模光纤；最后，在多模光纤和单模光纤裸漏于第二套管6外部的部分分别包覆外护套，制成所需单模多模调模器件。

8.根据权利要求7所述的一种单模多模调模器件的制备方法，其特征在于，在单模光纤传输的基模模场直径近似为高斯光束的腰斑直径，根据Marcuse有效模场直径理论，单模光纤中的高斯光束的LP₀₁模式的交叠积分为：

其中，代表归一化的高斯光束电场分布：

式中：

n₀：空气的折射率；

n_eff：基模的有效折射率；

G_LP01：高斯光束与光纤基模的交叠积分；

光束传播路径；

E₀：光纤入射光场；

r：光纤的纤芯半径。

9.根据权利要求7所述的一种单模多模调模器件的制备方法，其特征在于，所述单模光纤内光束有效模场直径W_M的计算公式为：

式中：

V：光纤纤芯的归一化频率；

r：光纤的纤芯半径；

所述拉锥光纤为阶跃型光纤时，拉锥光纤中光束的有效模场按公式(3)计算得到；

所述拉锥光纤为渐变型光纤时，拉锥光纤中光束的有效模场按公式(3)近似计算得到。