一种全光纤模式转换装置的制作方法

1.本实用新型设计一种lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换装置，通过调整结构的参数值，可以在1550纳米波长上实现从基模(lp
01
)向高阶模式(lp
11
)的转换，属于光纤模分复用通信技术领域。


背景技术：

2.由于单模光纤(smf)的固有效应很容易达到香农极限，抑制现代通信的发展，此时空分复用应运而生，少模光纤(fmf)的空分复用称为模分复用(mdm)，模式转换器(mc)是模分复用的核心器件，需要模式转换器将基模转换为高阶模式才能用于系统传输。模式转换器器件较小、在通信体积小、制造方便、较便宜等优点。
3.模分复用技术通过使用少模光纤作为传输媒质，利用模式正交性，将每一个传输模式当作独立的信道进行传输，大大增加传输的速度与容量。在使用模分复用通信技术时，需要把发送端的基模信号转换成高阶模式，加入少模光纤进行截止高阶模式达到过滤效果，从而耦合效果更好；同样，也需要把接收端的携带信息的高阶模式转换成基模信号，再进行信号处理。
4.到目前为止，实现模分复用技术的模式转换器主要分三类方法：空间光学元件法、波导法、全光纤法。其中空间光学元件法包括空间光调制器法(slm)和相位板法(pp)、波导法包括波导光子灯笼法、长周期波导光栅法以及平面光波导法，全光纤法包括光子灯笼法、模式选择耦合器法、多模干涉法、锥形法以及长周期光纤光栅转换法。这些研究存在插入损耗小、消光比低、尺寸过大、不容易集成等缺点。
5.本实用新型设计一种lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换器，经过文献检索，未见与本新型相同的公开报道。


技术实现要素：

6.本实用新型针对现有的模式转换技术的缺点，把基模信号(lp
01
)转换为高阶模式 (lp
11
)。本新型提出的模式转换器尺寸很小，结构简单，容易集成。同样的，该模式转换器具有可逆性，在相同的工作带宽上，可以实现高阶模式(lp
11
)向基阶模式(lp
01
)转换。
7.本实用新型通过纤芯包层(1)、单模光纤纤芯(2)、多模光纤纤芯(3)、少模光纤纤芯(4)，单模光纤纤芯(2)的中心轴线与多模光纤纤芯(3)的中心轴线的间距为d1、少模光纤纤芯(4)的中心轴线与多模光纤纤芯(3)的中心轴线的间距为d2，多模光纤纤芯 (3)与纤芯包层(1)的中心轴线一致，实现基模(lp
01
)转换为高阶模式(lp
11
)的模式转换器，其中：
8.a.纤芯包层(1)均匀覆盖纤芯,半径为r1，长度为l；
9.b.单模光纤纤芯(2)半径r2，长度为l1；
10.c.多模光纤纤芯(3)半径r3，长度l2；
11.d.少模光纤纤芯(4)半径r4，长度l3；
12.e.单模光纤纤芯(2)、多模光纤纤芯(3)、少模光纤纤芯(4)的中心轴线平行，且单
模光纤纤芯(2)与多模光纤纤芯(3)中心轴线的间距为d1、少模光纤纤芯(4)与多模光纤纤芯(3)中心轴线的间距为d2；
13.f.纤芯包层(1)的折射率n1，单模光纤纤芯(2)、多模光纤纤芯(3)以及少模光纤纤芯 (4)的折射率均为n2，且n1<n2；
14.g.基模光信号(lp
01
)从基模输入端口(p1)输入，所述光信号通过多模光纤纤芯(3)激发转换高阶模式(lp
11
)，带有高阶模式的光信号通过少模光纤纤芯(4)，最终从输出端口(p2) 输出。
15.h.随着信号的传输，单模光纤纤芯(2)中基模的有效折射率逐渐减小，多模光纤纤芯(3) 输出的高阶模的有效折射率增加，当某一高阶模式的有效折射率与基模的有效折射率相等时完成相位匹配，实现模式转换。
16.i.调整单模光纤纤芯(2)长度l1、单模光纤纤芯(2)基模输入端口(p1)的半径r2、多模光纤纤芯(3)的长度l2和多模光纤纤芯(3)的半径r3、少模光纤纤芯(4)的长度l3、少模光纤纤芯(4)输出端口(p2)的半径r4、单模光纤纤芯(2)与多模光纤纤芯(3)中心轴线的间距为d1、少模光纤纤芯(4)与多模光纤纤芯(3)中心轴线的间距为d2，可以实现基模信号(lp
01
)向更高阶模转换。
17.j.光波导结构是圆的，或者矩形的；使用矩形波导时，转化的高阶模式不是严格的lp
11
模式，是准lp
11
模式。
18.本实用新型提供一种lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换器；同样该转换器具有可逆性，可以实现高阶模式(lp
11
)向基模信号(lp
01
)。该模式转换器对长度不敏感对、纤芯折射率敏感，利于集成，尺寸较小，对未来光纤模分复用系统有很大的研究价值。
19.本实用新型提供一种lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换器；同样该转换器具有可逆性，可以实现高阶模式(lp
11
)向基模信号(lp
01
)。该模式转换器对长度不敏感对、纤芯折射率敏感，利于集成，尺寸较小，对未来光纤模分复用系统有很大的研究价值。
附图说明
20.图1为lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换器结构图。
21.图2为lp
01
模式
‑
lp
11
模式全光纤模式转换器剖面折射率分布图。
具体实施方式
22.为更好的介绍本实用新型装置实施流程，以下将结合说明书附图1，对本装置工作过程进行阐述
23.所述一种全光纤模式转换装置，其包括：纤芯包层(1)、单模光纤纤芯(2)、多模光纤纤芯 (3)、少模光纤纤芯(4)。
24.基模光信号从基模(lp
01
)输入端口(p1)输入，经过多模光纤纤芯(3)基模会被激发产生高阶模式(lp
11
)，形成不同的传播相位，单模光纤纤芯(2)中基模(lp
01
)的有效折射率逐渐减小，多模光纤纤芯(3)输出的高阶模式(lp
11
)的有效折射率增加，当多模光纤纤芯(3)的高阶模式(lp
11
)的有效折射率与单模光纤纤芯(2)中基模(lp
01
)的有效折射率相等时即达到相位匹配条件，完成基模(lp
01
)模式到高阶模式(lp
11
)之间的转换。随着所述光信号传输，基模(lp
01
)与高阶模式(lp
11
)两模式的有效折射率逐渐不一致，耦合作用趋于缓和，最
终基模光信号(lp
01
)功率几乎全部耦合到多模光纤纤芯(3) 高阶模式(lp
11
)模式中，高阶模式(lp
11
)的功率虽然占最大的比重，想要仅仅有高阶模式(lp
11
)转换，还需要少模光纤纤芯(4)进行截止起到模式过滤作用，这样输出端口 (p2)会得到的高阶模式(lp
11
)更纯，以实现光功率几乎转移到所需要的(lp
11
)模式上。
25.加入了少模光纤纤芯(4)以后，期望的高阶模式(lp
11
)模式的功率有了明显的提高，在经过进一步增强了lp
11
模式的功率，同时减小其他模式的功率；
26.在这里,只是列举lp
01
到lp
11
模式的转换；但是实际上，按前述调整结构参数值，可以实现 lp
01
到lp
12
、lp
31
等高阶模式的转换。
27.应理解实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作任何各种改动和修改，这些等价形式同样落于本技术所附权。