基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器

摘要

一种基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器，第一单模光纤、第一细芯光纤、第二细芯光纤依次拼接，第一单模光纤的直径大于第一细芯光纤和第二细芯光纤，第二细芯光纤纤芯上刻写有布拉格光栅。本发明采用第一单模光纤、第一细芯光纤与第二细芯光纤依次拼接、第二细芯光纤纤芯上刻写有布拉格光栅，可实现LP

说明书

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及到基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器。

背景技术

随着计算机的迅速发展，大数据、云计算、物联网以及移动互联网等新兴产业的不断兴起，数据通信业务量呈指数增长。由于单模光纤非线性效应的影响以及高速光传输系统中对信号传输光信噪比的要求，利用波分复用技术的单模光纤的传输容量正在快速接近香农极限。为解决单模光纤在通信、传感等领域应用的局限性，具有巨大传输容量潜能的模分复用技术应运而生。

模分复用技术是大幅增加光通信容量最有前景的方法之一，被认为是光纤通信领域中的第二次革命。模式控制是模分复用技术的前提和关键。模式控制的内涵包含模式激励、模式转换等关键技术。模式转换应用于模分复用光纤通信系统的模式复用前端、模式解复用后端，及模分复用光网络数据交换核心节点，是模分复用和模式交换的关键。

对于模分复用技术而言，很多时候都需要进行模式转换。基模到高阶模的转换，作为模式激励的一种形式，主要存在于发送端的模式激励及模式复用中，把承载不同信息的基模转换到少模光纤或多模光纤的高阶模式上，从而解决模分复用光纤通信系统源的问题；高阶模到基模的转换主要在接收端的模式解复用，将复用在一起的高阶模解调成基模，从而解决模分复用空间解调的问题。

目前用于模分复用系统中模式转换的常用方法有基于相位盘的自由空间光学模式转换技术；相位匹配的光纤光栅法；机械外力的周期性微扰法以及空间光调制器法。此类方法均能实现基模到高阶模的转换，然而此类方法的复杂度较高。模式转换过程中，降低模式转换器插入损耗以及模式串扰，提高模式复用与解复用效率，模式转换器的简化，已成为模分复用系统中的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有模式转换器的缺点，提供一种设计合理、模式串扰低以及插入损耗小，可用于长距离低损耗传输模分复用系统中的基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器，第一单模光纤、第一细芯光纤、第二细芯光纤依次拼接，第一单模光纤的直径大于第一细芯光纤和第二细芯光纤，第二细芯光纤纤芯上刻写有布拉格光栅。

作为一种优选的技术方案，所述的第一单模光纤的型号为SMF-28光纤、纤芯直径为9μm。

作为一种优选的技术方案，所述第二细芯光纤纤芯直径为4.2μm。

作为一种优选的技术方案，所述的第一细芯光纤纤芯直径为2μm或4μm或8μm。

作为一种优选的技术方案，所述光纤布拉格光栅的中心波长为1310nm。

本发明的有益效果如下：

本发明采用第一单模光纤、第一细芯光纤与第二细芯光纤依次拼接、第二细芯光纤纤芯上刻写有布拉格光栅，可实现LP₀₁和LP₁₁两种偏振模式之间转换、具有制作简单、成本低、模式串扰低以及插入损耗小的优点，可作为一种用于长距离低损耗传输模分复用系统中的基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器LP₀₁自耦合模式、LP₀₁与LP₁₁互耦合模式、LP₁₁自耦合模式的反射谱。

图3为基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器LP₀₁自耦合模式反射谱。

图4为基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器LP₁₁自耦合模式反射谱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于下述的实施方式。

实施例1

在图1中，本实施例的基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器由第一单模光纤1、第一细芯光纤2、第二细芯光纤3连接构成。

第一单模光纤1、第一细芯光纤2、第二细芯光纤3通过电弧熔接机依次拼接，第一单模光纤1为SMF-28光纤，第一单模光纤1的纤芯直径为9μm，第一细芯光纤2纤芯直径为4μm，第二细芯光纤3纤芯直径为4.2μm，第二细芯光纤3上通过飞秒激光器刻写有布拉格光栅4，布拉格光栅4的中心波长为1310nm，第一单模光纤和第一细芯光纤以及第二细芯光纤的包层直径均为125μm。

实施例2

第一单模光纤、第一细芯光纤、第二细芯光纤通过电弧熔接机依次拼接，第一单模光纤为SMF-28光纤，第一单模光纤1的纤芯直径为9μm，第一细芯光纤2纤芯直径为2μm，第二细芯光纤3纤芯直径为4.2μm，第二细芯光纤3上通过飞秒激光器刻写有布拉格光栅4，布拉格光栅4的中心波长为1310nm，第一单模光纤和第一细芯光纤以及第二细芯光纤的包层直径均为125μm。

实施例3

第一单模光纤、第一细芯光纤、第二细芯光纤通过电弧熔接机依次拼接，第一单模光纤为SMF-28光纤，第一单模光纤1的纤芯直径为9μm，第一细芯光纤2纤芯直径为8μm，第二细芯光纤3纤芯直径为4.2μm，第二细芯光纤3上通过飞秒激光器刻写有光纤布拉格光栅4，光纤布拉格光栅4的中心波长为1310nm，第一单模光纤和第一细芯光纤以及第二细芯光纤的包层直径均为125μm。

本发明的工作原理如下：

入射光进入第一单模光纤1后，第一单模光纤1纤芯内产生LP₀₁基模，由于第一单模光纤1与第一细芯光纤纤芯失配，部分LP₀₁基模传输进入第一细芯光纤包层内激发产生LP₁₁高阶模式，通过改变第一细芯光纤纤芯直径的大小可实现LP₀₁与LP₁₁两种偏振模式的能量调节，从而实现LP₀₁与LP₁₁两种偏振模式的转换。LP₀₁和LP₁₁两种偏振模式经第二细芯光纤纤芯内布拉格光栅反射后，发生耦合与自耦合后并最终干涉输出干涉谱。

为了验证本发明的有益效果，发明人分别对拼接有纤芯直径为2μm、4μm、8μm的第一细芯光纤的基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器进行了测试试验，试验情况如下：

一、测试仪器

宽带光源、光谱分析仪、环形器。

二、实验设计与结果分析

1.建立测试系统

分别将基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器中的第一单模光纤通过光纤与环形器相连，环形器通过光纤分别与宽带光源、光谱分析仪相连接，测试系统建立完成。

2.测试方法

基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器的第一单模光纤通过光纤与环形器相连，环形器通过光纤分别与宽带光源、光谱分析仪相连接。宽带光源所发出的宽带光经环形器传入基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器内，传输光经基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器结构内的第二细芯光纤纤芯内布拉格光栅反射，通过环形器在光谱分析仪上产生反射谱。基于该测试方法，发明者对基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器的模式转换性能进行测试，其中，基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器的第一细芯纤芯直径分别为2μm、4μm、8μm。最终，第一细芯纤芯直径分别为2μm、4μm、8μm时，基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器所产生的LP₀₁自耦合模式、LP₀₁与LP₁₁互耦合模式、LP₁₁自耦合模式的能量反射谱可分别获得。

3.实验结果及分析

图2为第一细芯光纤纤芯直径分别为2μm、4μm、8μm时，LP₀₁自耦合模式、LP₀₁与LP₁₁互耦合模式、LP₁₁自耦合模式的能量反射谱；图3为第一细芯光纤纤芯直径分别为2μm、4μm、8μm时，LP₀₁自耦合的能量反射谱；图4为第一细芯光纤纤芯直径分别为2μm、4μm、8μm时，LP₁₁自耦合的能量反射谱，图3与图4对比可发现，随着第一细芯光纤的纤芯直径的增加，LP₁₁自耦合所得的模式的强度有所减小，而LP₀₁自耦合所得的模式的强度有所增加，通过对反射谱结合对比发现，通过改变第一细芯光纤的纤芯直径可以实现LP₀₁与LP₁₁两偏振模式的转换。

综合上述实验结果，可以发现本发明的基于细芯光纤布拉格光栅的模式转换器可实现LP₀₁和LP₁₁两种偏振模式之间转换，本发明为全光纤结构，具有制作简单、成本低、模式串扰低以及插入损耗小的优点，可作为一种用于长距离低损耗传输模分复用系统中的模式转换器。