[发明专利]一种新型光纤模场变换器及其制备方法

说明书

本发明提供的是一种新型光纤模场变换器，其特征是：所述的光纤模场变换器由第一光纤、模场过渡光纤、石英毛细套管、绝热转换锥区以及第二光纤组成；模场过渡光纤具有纤芯、内包层和外包层，其一端熔接第一光纤，另一端插入石英毛细套管内，随着套管一起绝热拉锥，使纤芯内的光场绝热转换至内包层内传输，待转换后的模场分布和第二光纤的模场匹配后，切割绝热锥体，并与第二光纤熔接，实现第一光纤和第二光纤的模场高效转换。本发明可用于具有不同模场分布的特种光纤之间的模场转换，也可用于特殊光场的变换生成，属于光纤器件技术领域。

技术领域

本发明涉及的是一种新型光纤模场变换器及其制备方法，属于光纤器件技术领域。

背景技术

一方面，光束变换和模场整形一直以来是一个重要的研究方向。一般而言，光纤输出的模场都是圆对称分布的。然而在实际的产业应用种，需要不同形状分布的光束，如方形分布、椭圆分布等。

另一方面，近年来，发展了各种新型光纤，如微结构光纤、多芯光纤、色散补偿光纤、稀土掺杂光纤和大芯径天文光纤等。由于这些光纤模场不同于标准单模光纤，而且与现有光学系统不兼容，所以如何满足这些特种光纤之间的模场匹配是一个难题。为了减少光纤之间的连接损耗，模场必须相似，因此必须在各种光纤和标准单模光纤之间引入合适的模场变换器以满足二者的模场匹配。

使用空间光学元件，如透镜、光阑、空间光调制器等组合理论上可以实现任意光场的变换，但是其组成复杂，并且组成的器件体积庞大，不适合作为光纤器件。

为了解决上述问题，已经提出了多种全光纤的解决方法，用来变换光纤的模场，使其和另一种光纤适配连接。第一种方法是采用光纤拉锥技术，逐渐将一个模场转换为另一个模场(A.Ishikura,Y.Kato,and M.Miyauchi,Applied optics,1986,25:3460-3465)。但是，拉锥会使整个光纤器件更加脆弱，并且与现有熔接技术兼容性较差。第二种方法是采用光纤热扩散技术，局部加热光纤以产生折射率渐变，中国专利CN201420652172.2公开的一种具有剥离功能的全光纤化的低损耗光纤模场匹配器，主要用来解决单模光纤与大模场光纤之间的模场适配。该方法使折射率具有一定程度的平滑过渡，实现不同模场之间的完全耦合。第三种方法是结合光纤拉锥和热扩散技术，中国专利CN201210320456.7公开了一种实现LP01模场直径低损耗变换的光纤模场适配器，通过对大孔径光纤拉锥、对适配光纤纤芯做热膨胀处理，主要用来解决普通单模或近单模高功率光纤激光器输出端光纤到大孔径输送光纤之间的低损耗模场适配。中国专利：CN109799572A公开了一种纤维集成的高斯-环形模场适配器，实现了单模光纤内的高斯光场向环形光场的变换。尽管光纤热扩散技术使得模场变换灵活，能实现多种模场变换，但是热扩撒工艺需要的加热时间过长，并且影响光纤特性，生产效率低。

基于上述光纤模场变换的应用需求，以及现有技术存在的缺陷和不足，本发明提出了一种新型的光纤模场变换器及其制备方法。其基于一种模场过渡光纤，通过绝热拉锥的方法，使得模场完成高效绝热转换。本发明可用于具有不同模场分布的特种光纤之间的模场转换，也可用于特殊光场的变换生成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型光纤模场变换器及其制备方法。

本发明的目的是这样实现的：

一种新型光纤模场变换器，所述的光纤模场变换器由第一光纤、模场过渡光纤、石英毛细套管、绝热转换锥区以及第二光纤组成；模场过渡光纤具有纤芯、内包层和外包层，其一端熔接第一光纤，另一端插入石英毛细套管内，随着套管一起绝热拉锥，使纤芯内的光场绝热转换至内包层内传输，待转换后的模场分布稳定并满足要求后，保持直径拉丝，得到一段第二光纤，实现模场变换器件和第二光纤一体化制备。

所述的第一光纤和第二光纤可传输的光波的模场分布不同。