一种效率可调的全光纤型模式转换器的制作方法

1.本发明涉及一种转换器，具体地说，涉及一种效率可调的全光纤型模式转换器。


背景技术：

2.转换器是指将一种信号转换成另一种信号的装置，是两个仪表(或装置)间的中间环节，转换器的基本作用是将信息转换成便于传输和处理的形式，要求转换过程中信息不发生畸变、失真、延迟等，因此对转换器的线性度、输入输出阻抗匹配和隔离等有一定要求，各种类型的转换器的出现，大大扩大了各类仪表(装置)的使用范围，使自动控制系统具有更多的灵活性和更广的适应性。本专利涉及到一种基于光子轨道角动量光学模式的模式转换器。
3.光子轨道角动量模式是一种带有手性特征的空间光学模式。其截面上的光斑强度为环形分布，光斑的相位绕光斑中心有螺旋形的分布，因此这种模式具有手性的特性。光子轨道角动量模式可以使用全光纤器件进行产生，产生的机制是利用光纤光栅实现纤芯内基模向高阶模式的耦合，具体产生方式主要分为三大类。第一类是常规长周期光纤光栅加挤压、扭转光纤的方式，第二类是使用螺旋型长周期光纤光栅，第三类是使用声光效应将声学涡旋加载至光学涡旋的方式，上述均是分析光纤内高斯模式向高阶模式的耦合效应，没有分析高阶模式之间，或是高阶模式向高斯模式的耦合效应。其中报道的级联长周期光纤光栅的实验说明使用长周期光纤光栅也能实现高阶模式之间的耦合，并通过级联光纤光栅的方式完成了高斯模式向高阶模式的转化，但其光栅结构并不具有手性特性，而是通过挤压光纤的方式产生高阶手性模式，因此这些文章中并没有能够深入理解手性光栅对手性模式的转换特性。
4.目前基于螺旋型手性光纤光栅本身的结构也有相关专利正在申请中，但这些专利并未深入理解手性光纤光栅的模式选择机理，因此多数螺旋型手性光纤光栅的单个光栅齿仅有螺旋形一种类型，单个光栅齿的长度被死板地限制为光栅的周期长度，相关器件仅局限于手性光学模式的产生，即光纤基模向轨道角动量模式的转换，不涉及高阶手性模式之间的转换；此外相关器件在光栅制备完成后就无法调节模式转换的效率，而已有的涉及高阶模式转换主要使用体光学的螺旋相位板、空间光调制器、q盘等，并不是全光纤型的，且转换效率一般不可调节；
5.并且目前的转换器在使用时不能稳定的位于桌面或者地面上，若不小心触碰到导致转换器滑动，易使接口处松动，影响信号的转动，实用性欠缺，且转换器上连接的转换线没有提供整理的功能，使转换线拖拉在地面上，造成转换线打结损坏，影响使用，鉴于此，我们提出一种效率可调的全光纤型模式转换器。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种效率可调的全光纤型模式转换器，以解决上述背景技术中提出的问题。
7.为实现上述目的，本发明提供一种效率可调的全光纤型模式转换器，包括转换器本体、所述转换器本体底部的支撑机构和所述转换器的外壳。
8.所述转换器本体至少包括：
9.光纤型高阶光模式产生器，所述光纤型高阶光模式产生器位于转换器本体的输入端口，所述光纤型高阶光模式产生器用于长周期手性光纤光栅器件能够在特定波长处实现光纤基模和高阶模式的耦合，所述高阶模式包括光纤纤芯模式以及光纤包层模式；
10.机械式光学模式转换器，所述机械式光学模式转换器用于机械挤压、扭曲和扭转使光纤发生形变，引起光纤内高阶模式之间发生耦合，实现模式转换；
11.光纤型高阶模式过滤器，所述光纤型高阶模式过滤器位于转换器本体的输出端口，光纤型高阶模式过滤器用于长周期手性光纤光栅器件，能够在特定波长处实现光纤高阶模式向基模的耦合，再通过熔接光纤的方式滤去多余的高阶模式，实现滤波功能。
12.所述支撑机构至少包括：
13.支撑板，所述支撑板固定在所述转换器本体的底部，所述支撑板呈内部中空结构，所述支撑板底部连通有多个吸盘，所述吸盘采用“圆锥”状的弹性橡胶材质；
14.本发明中的支撑板在具体使用时，将支撑板放在桌面或者地面上支撑转换器本体，然后确定转换器本体的位置，向下按压，使支撑板底部的吸盘底部挤压在地面或者桌面上，挤出吸盘与地面或者桌面之间的空气，使吸盘吸附在桌面或者地面上，将转换器本体固定稳定，避免触碰偏移，确保信号转换的稳定。
15.紧固装置，所述紧固装置包括固定板，所述固定板固定在所述支撑板靠近端部的内腔，所述固定板内部开设有多个滑槽，所述滑槽端部开设有与所述支撑板内部连通的通孔，所述滑槽内部滑动设有活塞盘，所述活塞盘外壁与所述滑槽内壁紧密贴合所述活塞盘端部固定连接有连接杆且穿出所述滑槽内部，多个所述连接杆端部之间固定连接有拉动板。
16.本发明中的紧固装置在具体使用时，吸盘挤压在地面或者桌面上时，握住拉动板通过多个连接杆控制活塞盘在滑槽内部滑动，使活塞盘在滑槽内部向外滑动，可以将吸盘内部的空气经过支撑板内部从通孔吸入滑槽内部，使吸盘可以牢牢的吸附在桌面或者地面上，提高固定的稳定性。
17.作为本技术方案的进一步改进，所述拉动板与所述固定板端部固定连接有限位弹簧，所述限位弹簧内部设有固定杆，所述固定杆端部固定连接在拉动板表面，所述固定杆内部滑动设有活动杆，所述活动杆端部滑出所述固定杆内部且固定连接固定板表面。
18.作为本技术方案的进一步改进，所述转换器本体输出端连接有转换线，所述转换器本体顶部边缘处设有整理板，所述整理板内部设有缠绕辊。
19.作为本技术方案的进一步改进，所述缠绕辊外壁滑动设有挤压板，所述挤压板底部固定连接有移动板，所述转换器本体顶部位于整理板的正下方开设有移动槽，所述移动槽内部转动设有丝杆，所述丝杆端部伸出移动槽内部且连接有转盘，所述丝杆外壁与所述移动板表面螺纹配合连接。
20.作为本技术方案的进一步改进，所述转换器本体两侧外壁嵌设有散热扇，所述散热扇端部连接有分隔板，所述分隔板表面开设有多个透气孔。
21.作为本技术方案的进一步改进，所述分隔板表面螺纹连接有干燥筒，所述干燥筒
内部设有干燥剂，所述干燥筒端部设有防尘网，所述防尘网采用膨体聚四氟乙烯。
22.作为本技术方案的进一步改进，所述干燥筒内部设有两个定位板，两个所述定位板之间转动设有转杆，所述转杆端部连接有马达输出轴，所述转杆外壁设有多个扇叶。
23.作为本技术方案的进一步改进，所述转换器本体输出端和输入端均设有手性模式选择器，用于光学模式转换、模式识别、模式检测、模式过滤、定向耦合应用，所述手性模式选择器为写制有手性光纤光栅的少模光纤。
24.作为本技术方案的进一步改进，所述少模光纤的后端连接光纤跳线进行空间高阶模式的过滤，用于实现单一手性模式的选择。
25.作为本技术方案的进一步改进，所述手性模式选择器的模式包括基模、表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为右旋的模式和表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为左旋的模式。
26.与现有技术相比，本发明的有益效果：
27.1、该效率可调的全光纤型模式转换器中，通过在吸盘挤压在地面或者桌面上时，使活塞盘在滑槽内部向外滑动，可以将吸盘内部的空气经过支撑板内部从通孔吸入滑槽内部，使吸盘可以牢牢的吸附在桌面或者地面上，提高固定的稳定性，避免转换器本体在使用时，不小心碰撞到转换器本体造成接口松动，影响信号转换。
28.2、该效率可调的全光纤型模式转换器中，通过将转换线外壁沿着缠绕辊缠绕，对转换线进行整理，避免转换线拖拉在地面或者桌面上打结损坏，有利于延长使用寿命，同时挤压板在缠绕辊外壁左右滑动，可以在转换线缠绕在缠绕辊外壁时，带动挤压板挤压转换线，对整理好的转换线进行限位固定，避免松散开，提高整理效果。
29.3、该效率可调的全光纤型模式转换器中，通过散热扇内部的电机带动风扇转动，可以对转换器本体外壁进行散热，提高散热效果，避免转换器本体长时间使用发热损坏，干燥筒内部设有干燥剂，干燥剂采用硫酸钙颗粒，可以与空气中的水分子反应生产水合物，从而对转换器本体外壁进行干燥，同时避免外界的空气携带水分子从散热扇内部进入转换器本体内部，有利于提高安全性能。
30.4、该效率可调的全光纤型模式转换器中，通过可以针对输入光纤的模式中单一的高阶模式成分进行操作，而传统方案只能实现整个模式组的整体调节；依据入射模式的手性进行模式选取，具有手性响应的特点；能够利用机械结构控制模式的转换效率。
附图说明
31.图1为实施例1的整体结构装配示意图；
32.图2为实施例1的支撑机构结构刨切图；
33.图3为实施例1的紧固装置结构刨切图；
34.图4为实施例1的活塞盘结构示意图；
35.图5为实施例1的限位弹簧结构分解示意图；
36.图6为实施例2的转换器本体结构示意图；
37.图7为实施例2的整理板结构示意图；
38.图8为实施例2的缠绕辊结构示意图；
39.图9为实施例3的散热扇结构分解示意图；
40.图10为实施例3的干燥筒结构刨切图；
41.图11为实施例4的手性模式选择器的模式选择功能示意图。
42.图12为各实例中的全光纤效率可调模式转换器最简本体。
43.图中各个标号意义为：
44.100、转换器本体；110、光纤型高阶光模式产生器；120、机械式光学模式转换器；130、高阶模式过滤器；
45.200、支撑机构；210、支撑板；211、吸盘；220、紧固装置；221、固定板；2211、滑槽；2212、通孔；222、活塞盘；2221、连接杆；2222、拉动板；223、限位弹簧；2231、固定杆；2232、活动杆。
46.310、手性模式选择器；320、转换线；330、整理板；331、缠绕辊；332、移动槽；333、丝杆；334、转盘；335、挤压板；3350、移动板；340、散热扇；341、分隔板；3410、透气孔；342、干燥筒；3420、防尘网；343、定位板；3431、马达；3432、转杆；3433、扇叶。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
48.实施例1
49.请参阅图1
‑
图5所示，本实施例提供一种效率可调的全光纤型模式转换器，包括转换器本体100和转换器本体100底部的支撑机构200，支撑机构200至少包括：
50.支撑板210，支撑板210固定在转换器本体100的底部，转换器本体100是将一种信号转换成另一种信号的装置，是两个仪表(或装置)间的中间环节，将信息转换成便于传输和处理的形式，支撑板210呈内部中空结构，支撑板210底部连通有多个吸盘211，吸盘211采用“圆锥”状的弹性橡胶材质，可以在使用转换器本体100时，向下按压，使支撑板210底部的吸盘211底部挤压在地面或者桌面上，挤出吸盘211与地面或者桌面之间的空气，使吸盘211吸附在桌面或者地面上，从而固定转换器本体100，避免转换器本体100在使用时，不小心碰撞到转换器本体100造成接口松动，影响信号转换；
51.本发明中的支撑板210在具体使用时，将支撑板210放在桌面或者地面上支撑转换器本体100，然后确定转换器本体100的位置，向下按压，使支撑板210底部的吸盘211底部挤压在地面或者桌面上，挤出吸盘211与地面或者桌面之间的空气，使吸盘211吸附在桌面或者地面上，将转换器本体100固定稳定，避免触碰偏移，确保信号转换的稳定。
52.紧固装置220，紧固装置220包括固定板221，固定板221固定在支撑板210靠近端部的内腔，固定板221内部开设有多个滑槽2211，滑槽2211端部开设有与支撑板210内部连通的通孔2212，滑槽2211内部滑动设有活塞盘222，活塞盘222外壁与滑槽2211内壁紧密贴合，可以在吸盘211挤压在地面或者桌面上时，使活塞盘222在滑槽2211内部向外滑动，可以将吸盘211内部的空气经过支撑板210内部从通孔2212吸入滑槽2211内部，使吸盘211可以牢牢的吸附在桌面或者地面上，提高固定的稳定性，在取下时，使活塞盘222在滑槽2211内部向内滑动，使滑槽2211内部的气体排入吸盘211内部，使吸盘211底部与地面或者桌面之间
形成气缝，方便使支撑板210将转换器本体100取下，活塞盘222端部固定连接有连接杆2221且穿出滑槽2211内部，多个连接杆2221端部之间固定连接有拉动板2222，可以握住拉动板2222通过多个连接杆2221控制活塞盘222在滑槽2211内部滑动，操作方便。
53.本发明中的紧固装置220在具体使用时，吸盘211挤压在地面或者桌面上时，握住拉动板2222通过多个连接杆2221控制活塞盘222在滑槽2211内部滑动，使活塞盘222在滑槽2211内部向外滑动，可以将吸盘211内部的空气经过支撑板210内部从通孔2212吸入滑槽2211内部，使吸盘211可以牢牢的吸附在桌面或者地面上，提高固定的稳定性。
54.本实施例中的，为了减小劳动强度，使活塞盘222调控更便捷，拉动板2222与固定板221端部固定连接有限位弹簧223，限位弹簧223不动时，通过连接杆2221使活塞盘222限位在滑槽2211内部靠近外端处，挤压拉动板2222，限位弹簧223压缩，通过连接杆2221带动活塞盘222在滑槽2211内部向内滑动，然后在使吸盘211挤压在地面或者桌面上，在松开拉动板2222时，在限位弹簧223恢复原状的弹力作用下，可以自主的带动活塞盘222在滑槽2211内部向外滑动，操作方便，可以降低推拉的劳动强度，限位弹簧223内部设有固定杆2231，固定杆2231端部固定连接在拉动板2222表面，固定杆2231内部滑动设有活动杆2232，活动杆2232端部滑出固定杆2231内部且固定连接固定板221表面，可以在限位弹簧223压缩或者拉伸时，带动活动杆2232端部在固定杆2231内部滑动，使限位弹簧223沿着活动杆2232端部滑动的方向压缩或者拉伸，可以避免扭曲损坏，有利于延长使用寿命。
55.转换器本体100至少包括：
56.光纤型高阶光模式产生器110，光纤型高阶光模式产生器110位于转换器本体100的输入端口，光纤型高阶光模式产生器110用于长周期手性光纤光栅器件能够在特定波长处实现光纤基模和高阶模式的耦合，高阶模式包括光纤纤芯模式以及光纤包层模式；
57.机械式光学模式转换器120，机械式光学模式转换器120用于机械挤压、扭曲和扭转使光纤发生形变，引起光纤内高阶模式之间发生耦合，实现模式转换；
58.光纤型高阶模式过滤器130，光纤型高阶模式过滤器130位于转换器本体100的输出端口，光纤型高阶模式过滤器130用于长周期手性光纤光栅器件，能够在特定波长处实现光纤高阶模式向基模的耦合，再通过熔接光纤的方式滤去多余的高阶模式，实现滤波功能。
59.实施例2
60.为了对转换线320进行整理，避免转换线320拖拉在地面或者桌面上打结损坏，本实施例与实施例1不同的是，请参阅图6
‑
图8所示，其中：
61.转换器本体100输出端连接有转换线320，转换器本体100顶部边缘处设有整理板330，整理板330内部设有缠绕辊331，可以将转换线320外壁沿着缠绕辊331缠绕，对转换线320进行整理，避免转换线320拖拉在地面或者桌面上打结损坏，有利于延长使用寿命。
62.具体的，为了限位固定整理在缠绕辊331外壁的转换线320，缠绕辊331外壁滑动设有挤压板335，挤压板335底部固定连接有移动板3350，转换器本体100顶部位于整理板330的正下方开设有移动槽332，移动槽332内部转动设有丝杆333，丝杆333端部伸出移动槽332内部且连接有转盘334，丝杆333外壁与移动板3350表面螺纹配合连接，可以握住转盘334带动丝杆333转动在移动槽332内部，使移动板3350表面沿着丝杆333外壁的螺纹滑动，从而使挤压板335在缠绕辊331外壁左右滑动，可以在转换线320缠绕在缠绕辊331外壁时，带动挤压板335挤压转换线320，对整理好的转换线320进行限位固定，避免松散开，提高整理效果。
63.实施例3
64.为了实现转换器本体100外壁的散热和干燥，本实施例与实施例1不同的是，请参阅图9
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图10所示，其中：
65.转换器本体100两侧外壁嵌设有散热扇340，散热扇340内部的电机带动风扇转动，可以对转换器本体100外壁进行散热，提高散热效果，避免转换器本体100长时间使用发热损坏，散热扇340端部连接有分隔板341，分隔板341表面开设有多个透气孔3410，通过透气孔3410使外界空气与转换器本体100内部空气流通，确保散热，同时透气孔3410可以避免外界灰尘进入转换器本体100内部损坏电器元件，实用性更强。
66.进一步的，为了对转换器本体100外壁进行干燥，分隔板341表面螺纹连接有干燥筒342，干燥筒342内部设有干燥剂，干燥剂采用硫酸钙颗粒，可以与空气中的水分子反应生产水合物，从而对转换器本体100外壁进行干燥，同时避免外界的空气携带水分子从散热扇140内部进入转换器本体100内部，有利于提高安全性能，干燥筒342端部设有防尘网3420，防尘网3420采用膨体聚四氟乙烯，膨体聚四氟乙烯为透气防水膜，可以在确保空气流通的同时，避免干燥剂流出，保证结构完整性。
67.具体的，为了提高干燥效率，干燥筒342内部设有两个定位板343，两个定位板343之间转动设有转杆3432，转杆3432端部连接有马达3431输出轴，转杆3432外壁设有多个扇叶3433，将马达3431接通电源，使其工作，由马达3431输出轴带动转杆3432转动，带动多个扇叶3433转动搅拌干燥筒342内部的干燥剂，可以提高干燥剂与空气的接触面积，提高干燥效率。
68.实施例4
69.为了可以针对输入光纤的模式中单一的高阶模式成分进行操作，依据入射模式的手性进行模式选取，实现效率可调，本实施例与实施例1不同的是，请参阅图11所示，其中：
70.转换器本体100输出端和输入端均设有光纤型高阶光模式产生器110，用于光学模式转换、模式识别、模式检测、模式过滤、定向耦合应用，光纤型高阶光模式产生器110为写制有手性光纤光栅的光纤，手性光纤光栅产生方式主要包括有纤芯上写制螺旋线光栅、熔融拉锥过程中扭转光纤、以及写制错位的成一定角度的微结构光纤光栅；
71.光栅周期范围为0.5微米至3000微米之间，光栅周期数量在3个至2000个之间，单个光栅齿带有特定手性的空间微结构，其微结构区域可以覆盖满整个光栅周期也可以不覆盖满整个光栅周期，单个光栅齿的长度范围为0.5微米至3000微米之间，单个光栅齿的折射率改变区域的旋转角度为负360度至正360度之间，其光栅结构引起的纤芯折射率变化的分布可以用以下表达式近似描述：
[0072][0073]
为纤芯折射率,δn(r)是光栅折射率的径向调制，am是光栅角向折射率变化的强度，m是微扰的角向频率，σ是角向微扰的强度，λ1是光栅齿微螺旋结构的周期，λ2是光栅的周期，comb为周期函数，r,z为手性光纤光栅参数，此例子描述了一种单一角向频率的微结构螺旋手性光栅，该等式会依据具体情况而进行合理的变形，包括m的取值及周期函数comb变化为啁啾周期函数。
[0074]
值得说明的，少模光纤的后端连接光纤跳线进行空间高阶模式的过滤，用于实现
单一手性模式的选择，跳线上用机械结构控制传输模式的手性，再使用后端的手性，光纤光栅进行进一步的模式激发；
[0075]
中心跳线所用的光纤类型，该跳线旨在滤去前侧少模光纤中的高阶模式，其支持的模式阶数随具体应用的不同而产生变化，大多数情况下该跳线为单模跳线，总体来说该跳线的纤芯直径应小于前侧少模光纤的纤芯直径；
[0076]
器件后端少模光纤手性光栅的结构，该部分非器件的必要性结构，其功能是将跳线中支持的某个模式转化为另一个高阶的模式，特别地，当中心跳线为单模光纤时，该手性光栅结构可以将通过的基模模式转化为单一模式的高纯度高阶模。
[0077]
具体的，光纤型高阶光模式产生器110的模式包括基模、表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为右旋的模式和表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为左旋的模式，如图11所示，其中箭头表示光传输方向，数字表示输入模式的手性拓扑荷阶数，0代表基模， 1代表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为右旋的模式，
‑
1代表纤芯支持的第一个高阶模式组内手性旋向为左旋的模式；示意图第一节代表少模光纤，其上分布的斜线段表示具有微螺旋结构的手性长周期光纤光栅，且该光栅的旋向为右旋，该光栅的周期使基模与第一个高阶模式组之间发生耦合；第二节代表中心跳线，其特征长度范围在3cm至3m之间，实现高阶模式的滤除；第三节代表后端写有螺旋光纤光栅的少模光纤，例如，入射三种模式的光束，其中0， 1代表的模式在手性光栅后均为 1阶模式，而
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1代表的入射模式在手性光栅后为0阶模式。与传统长周期光纤光栅相比，该手性长周期光纤光栅不仅能实现0和1两个模式组之间的耦合，还能选择性地使变化前后模式的手性增加1阶，因此具有特殊的效应，在经过中心单模跳线后，只有0代表的基模被保留下来，因此原先在器件前端以0与 1模式入射的光束就被损耗掉，只保留有以
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1模式入射的光束能量，进而实现了模式的选择功能，在器件后端增加一段手性光栅的功能是实现0模式与1模式组内单一模式的转化，非必要的部分；
[0078]
其中，光栅周期范围为0.5微米至3000微米之间，光栅周期数量在3个至300个之间；光栅齿具有手性的空间结构，即光栅的折射率变化区域沿着光纤传输方向上具有顺时针或逆时针方向的旋转，可以对模式实现手性选择的功能；单个光栅齿带有特定手性的空间微结构，其微结构区域可以覆盖满整个光栅周期也可以不覆盖满整个光栅周期，单个光栅齿的折射率改变区域的旋转角度为负360度至正360度之间。
[0079]
使用手性光纤光栅对耦合模式进行有效折射率与模式手性两个方面的匹配，进而精准地控制在特定两个模式之间才能发生耦合；通过机械式的光纤挤压、扭转装置控制纤芯5中同一个高阶模式组内部左、右旋简并模式的耦合，再将混合模式通过带有手性选择性的手性光纤光栅，则能调控两个不同模式组之间耦合的效率，在后端或可增加单模光纤跳线进行空间滤模；可以针对输入光纤的模式中单一的高阶模式成分进行操作，而传统方案只能实现整个模式组的整体调节；依据入射模式的手性进行模式选取，具有手性响应的特点；能够利用机械结构控制模式的转换效率，实现效率可调。
[0080]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所
附的权利要求书及其等效物界定。