[发明专利]一种复合式多模光纤扰模器和扰模装置

说明书

一种复合式多模光纤扰模器和扰模装置，涉及光纤技术领域。解决了目前扰模技术的性能不足，不能满足高精度视向速度测量需求的问题。所述扰模器包括：圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤；所述圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤同轴，所述圆芯多模光纤与渐变折射率多模光纤连接，且所述圆芯多模光纤的纤芯与渐变折射率多模光纤的纤芯芯径一直，所述渐变折射率多模光纤与多边形特种多模光纤连接，且渐变折射率光纤的芯径小于多边形光纤的芯径。所述圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤均采用绝热锥模式匹配的方法进行光纤匹配。本发明适用于光纤技术领域。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，尤其涉及一种复合式多模光纤扰模器。

背景技术

搜寻系外宜居带行星和地外生命是现代天文学研究的热点，系外行星的搜寻可以采用直接成像法、凌日法和视向速度法。其中，视向速度法是最有效的测量方法。类地球行星在类太阳恒星宜居带内的运行可引起视向速度约为10cm/s的信号，这远高于当前视向速度仪器所能达到的精度。此外，视向速度仪器中望远镜受视宁度、大气色散、导向误差、孔径遮挡、光学像差和镜面热稳定性等因素，导致光纤出射光场照明不稳定，且无法通过定标来校正。光纤将望远镜采集到的光谱信息传输到光谱仪过程中，由于光纤出射产生的质心偏移和光强变化经光谱仪系统，在谱线采集后引起谱线飘移，该偏移误差与多普勒频移信号相互影响，从而限制了视向速度精度的提高。

为了解决照明稳定性问题，Heacox最早提出将光纤应用与天文光谱仪中可以提高光谱测量质量的结论。然而，单根圆形光纤的扰模性能有限，尤其是远场的扰模性能不令人满意。之后Hunter和Ramsey提出将光纤分成两段，采用一个无焦光学系统，将前一段光纤的远、近场交换后，耦合入后一段光纤，该方法可以解决单根光纤远场扰模性能不佳的问题，但会损失一定量的光，此系统称为双光纤扰模器。为了满足极端精度(10cm/s)视向速度的测量要求，在2010年左右科学家们提出了一种多边形截面的多模光纤，经过大量实验证明多边形光纤尤其是八边形光纤具有非常优越的近场扰模性能。

在视向速度法中，高耦合效率的光纤传输和稳定的高增益是提升测量精度的重要因素，目前扰模技术的性能不足，现有2.16米光学望远镜的高分辨率光纤光谱系统已经实现了6m/s量级的精度，后期升级中实现小于1m/s的精度，但仍然不能满足高精度视向速度测量需求。

发明内容

针对目前扰模技术的性能不足，不能满足高精度视向速度测量需求的问题，本发明提供了一种复合式多模光纤扰模器，本发明所述的扰模器采用圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤相结合的方式，利用渐变折射率光纤螺旋扭转和圆芯-多边形缓变绝热锥模式匹配的方法，制成具有高扰模增益和高效耦合效率的集成式多模光纤扰模器，提升视向速度测量精度。

本发明提供了一种复合式多模光纤扰模器，包括：

圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤；

所述圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤同轴，所述圆芯多模光纤与渐变折射率多模光纤连接，且所述圆芯多模光纤的纤芯与渐变折射率多模光纤的纤芯芯径一直，所述渐变折射率多模光纤与多边形特种多模光纤连接，且渐变折射率光纤的芯径小于多边形光纤的芯径。

进一步，所述圆芯多模光纤和渐变折射率多模光纤采用绝热锥模式匹配的方法进行光纤匹配，所述渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤采用绝热锥模式匹配的方法进行光纤匹配。

进一步，所述圆芯多模光纤、渐变折射率多模光纤和多边形特种多模光纤的连接方式均为熔接集成。

进一步，所述多边形特种多模光纤的边数大于或等于三条边。

进一步，所述多边形特种多模光纤为八边形特种多模光纤。

进一步，所述圆芯多模光纤的芯径范围在35μm～320μm之间。