基于双锥组合结构的模式转换器制造技术

本发明专利技术采用双锥组合结构实现光波导型模式转换器，具体实现光模式复用技术中基阶LP01模向高阶LP0m模的转换，属于光通信领域。本发明专利技术包括：波导芯包层（1）、锥形波导芯（2、3）、环形分布的双锥波导芯组合结构（4）。其中，波导芯包层（1）均匀覆盖锥形波导芯（2、3）；锥形波导芯（2、3）从锥形过渡到柱形；双锥波导芯组合结构（4）由八个相同的双锥结构组成，均匀内嵌于锥形波导芯（2、3）中半径为S的圆环上，每一个双锥组合结构由两个圆锥体的底部相接形成。本发明专利技术是应用于光通信领域的模式复用技术，具体实现模式转换器，能高效地实现基阶模式LP01模到高阶模式LP0m模的转换。

A mode converter based on biconical composite structure

The invention adopts double cone composite structure to realize the optical waveguide mode converter, and realizes the conversion of the basic order LP01 mode to the higher order LP0m mode in the optical mode multiplexing technology, which belongs to the field of optical communication. The present invention comprises a waveguide core cladding (1), a tapered waveguide core (2, 3), and an annular double cone waveguide core combination structure (4). Among them, the waveguide core cladding (1) uniform coverage of the tapered waveguide core (2, 3); conical waveguide core (2, 3) from the tapered transition to cylindrical waveguide core; double cone structure (4) composed of eight identical double cone structure uniformly embedded in the tapered waveguide core (2, 3) in radius of S rings, each double cone composite structure composed of two circular cone is connected with the bottom of the formation. The present invention is a mode multiplexing technique applied in the field of optical communication, and realizes the mode converter concretely, which can efficiently realize the conversion of the basic mode LP01 mode to the higher order mode LP0m mode.

【技术实现步骤摘要】
基于双锥组合结构的模式转换器
本专利技术涉及一种采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，属于光通信中模式复用

技术介绍
光纤模式复用（MDM）是实现光纤多输入多输出（MIMO）通信的主要方法，是增加光纤传输链路容量的最直接的方法。光纤模式复用使用少模光纤（FMF）和多模光纤中不同阶的模式进行MIMO信号的传输，每一个传输模式被视为是一个独立的单模光纤通道。在使用光纤模式复用时，在发射端需要把基阶模式转换成某些高阶模式，同理，在接收端，也需要把搭载信息的高阶模式转换成基阶模式。2002年以后，国内外开始对模式转换器的研究工作。目前报道的模式转换器有几何光学模式转换器，基于光纤光栅和光纤耦合的模式转换器，基于硅耦合器的模式转换器；基于二氧化硅（silica）耦合器、光锥形波导、晶体光纤、平面光波导电路、Y-交叉波导的模式转换器。这些研究大部分用于金属波导，不能直接应用到使用光纤波导的模式复用MIMO通信系统中，且带宽较窄，损耗大，尺寸大，结构复杂。本专利技术设计的模式转换器，经文献检索，未见与本专利技术相同的公开报道。
技术实现思路
本专利技术在克服现有技术不足基础上，提出把基阶模式转换为高阶模式的模式转换器。本专利技术在锥形波导芯中内嵌双锥组合结构实现基阶模式转换为高阶模式的模式转换器。本专利技术一种采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，包括：波导芯包层（1）、锥形波导芯（2、3）、双锥波导芯组合结构（4），其中：a.波导芯包层（1）均匀覆盖锥形波导芯（2、3）,半径为r3，长度为L1+L2+L3+L4(AE段)。b.锥形波导芯（2、3）从锥形过渡到柱形，半径从r1（A点）指数增长到半径r2(C点);锥形波导芯长度为L1+L2(AC段)，柱形波导芯长度为L3+L4（BC段）。c.双锥波导芯组合结构（4）均匀地内嵌于锥形波导芯（2、3）中半径为S的圆环上；双锥波导芯组合结构（4）由多个相同的双锥波导芯结构组成；双锥波导芯组合结构（4）的起始端（B点）到模式转换器的输入端（A点）距离为L1。d.每一个双锥波导芯结构由两个圆锥体波导芯结构（5、6）的底部相接形成；左边的圆锥体波导芯结构（5）半径从0（B点）指数增长到r4（D点），右边的圆锥体波导芯结构（6）半径从r4（D点）指数减小到0（E点）。e.波导芯包层（1）的折射率为n1，锥形波导芯（2、3）的折射率为n2，双锥波导芯组合结构（4）的折射率为n3，且n3<n1<n2。f.改变双锥结构的个数,将得到不同的转换性能。g.光波导结构可以是圆的，也可以是矩形的;当使用矩形波导时，模式是准LP0m，而不是严格的LP0m模式。h.锥形波导芯（2、3）的顶部（A点）半径r1取值在(2um~5um)时，随着r1的增加，消光比ER21和消光比ER23先增加后减小，消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02逐渐减小，插入损耗IL03先增加后减小，插入损耗IL04缓慢增加；双锥波导芯结构的底部（D点）半径r4取值在(1.5um~4.5um)时，随着r4的增加，消光比ER21和消光比ER23先增加后减小，消光比ER24单调递减，插入损耗IL02缓慢增加，插入损耗IL03先增加后减小，插入损耗IL04单调递减；左边的圆锥体波导芯结构（5）长度（L2+L3）取值在（1250um~1700um）时，随着（L2+L3）的增加，消光比ER21先增加后减小，消光比ER23和消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02几乎保持不变，插入损耗IL03和插入损耗IL04缓慢增加；右边的圆锥体波导芯结构（6）长度L4取值在（350um~600um）时，随着L4的增加，消光比ER21先增加后减小，消光比ER23缓慢减小，消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02几乎保持不变，插入损耗IL03缓慢减小，插入损耗IL04缓慢增加。本专利技术采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器能高效地实现基阶模式LP01到高阶模式LP0m的转换，模式转换对波长的依赖性低，具有很宽的转换带宽，适于制作宽带模式转换器，对未来光纤模式复用通信会有巨大的应用前景。附图说明图1为模式转换器结构图；图2为双锥结构图；图3为LP01到LP02转换的归一化功率；图4为LP01到LP02转换的消光比。具体实施方式本专利技术一种采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，包括：波导芯包层（1）、锥形波导芯（2、3）、双锥波导芯组合结构（4），其中：a.波导芯包层（1）均匀覆盖锥形波导芯（2、3）。b.锥形波导芯（2、3）从锥形过渡到柱形，半径从r1（A点）指数增长到半径r2(C点)。c.双锥波导芯组合结构（4）均匀地内嵌于锥形波导芯（2、3）中半径为S的圆环上；双锥波导芯组合结构（4）由多个相同的双锥波导芯结构组成。d.每一个双锥波导芯结构由两个圆锥体波导芯结构（5、6）的底部相接形成；左边的圆锥体波导芯结构（5）半径从0（B点）指数增长到r4（D点），右边的圆锥体波导芯结构（6）半径从r4（D点）指数减小到0（E点）。e.波导芯包层（1）的折射率为n1，锥形波导芯（2、3）的折射率为n2，双锥波导芯组合结构（4）的折射率为n3，且n3<n1<n2。f.改变双锥结构的个数,将得到不同的转换性能。g.光波导结构可以是圆的，也可以是矩形的;当使用矩形波导时，模式是准LP0m，而不是严格的LP0m模式。h.锥形波导芯（2、3）的顶部（A点）半径r1取值在(2um~5um)时，随着r1的增加，消光比ER21和消光比ER23先增加后减小，消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02逐渐减小，插入损耗IL03先增加后减小，插入损耗IL04缓慢增加；双锥波导芯结构的底部（D点）半径r4取值在(1.5um~4.5um)时，随着r4的增加，消光比ER21和消光比ER23先增加后减小，消光比ER24单调递减，插入损耗IL02缓慢增加，插入损耗IL03先增加后减小，插入损耗IL04单调递减；左边的圆锥体波导芯结构（5）长度（L2+L3）取值在（1250um~1700um）时，随着（L2+L3）的增加，消光比ER21先增加后减小，消光比ER23和消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02几乎保持不变，插入损耗IL03和插入损耗IL04缓慢增加；右边的圆锥体波导芯结构（6）长度L4取值在（350um~600um）时，随着L4的增加，消光比ER21先增加后减小，消光比ER23缓慢减小，消光比ER24缓慢增加，插入损耗IL02几乎保持不变，插入损耗IL03缓慢减小，插入损耗IL04缓慢增加。本专利技术为模式转换器，是应用于光通信领域中光模式复用技术，它的光波导结构可以是圆形的，也可以是矩形的。本模式转换器可以在二氧化硅（silica）平面光波导电路技术上实现。本专利技术的技术方案是这样实现的：基阶模式（LP01）的光从最左边的锥形波导芯（如图1所示(2)处）注入，锥形波导芯会给不同的模式引入不同的传播相位，通过调整锥形波导芯的长度，从而使绝大部分光从LP01模转换到所需要的LP0m模，但仍会有部分非期望的高阶模式（特别是LP0m，k≠m）产生，所以需要通过双锥波导芯组合结构（4）来进一步加强期望LP0m模式的转换，抑制非期望模式的转换。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，其特征在于，采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，包括：波导芯包层（1）、锥形波导芯（2、3）、双锥波导芯组合结构（4），其中：a. 波导芯包层（1）均匀覆盖锥形波导芯（2、3）, 半径为r3，长度为L1+L2+L3+L4(AE段);b. 锥形波导芯（2、3）从锥形过渡到柱形，半径从r1（A点）指数增长到半径r2(C点); 锥形波导芯长度为L1+L2(AC段)，柱形波导芯长度为L3+L4（BC段）;c. 双锥波导芯组合结构（4）均匀地内嵌于锥形波导芯（2、3）中半径为S的圆环上；双锥波导芯组合结构（4）由多个相同的双锥波导芯结构组成；双锥波导芯组合结构（4）的起始端（B点）到模式转换器的输入端（A点）距离为L1;d. 每一个双锥波导芯结构由两个圆锥体波导芯结构（5、6）的底部相接形成；左边的圆锥体波导芯结构（5）半径从0（B点）指数增长到r4（D点），右边的圆锥体波导芯结构（6）半径从r4（D点）指数减小到0（E点）。

【技术特征摘要】
1.一种采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，其特征在于，采用双锥组合结构的锥形渐变光波导实现的模式转换器，包括：波导芯包层（1）、锥形波导芯（2、3）、双锥波导芯组合结构（4），其中：a.波导芯包层（1）均匀覆盖锥形波导芯（2、3）,半径为r3，长度为L1+L2+L3+L4(AE段);b.锥形波导芯（2、3）从锥形过渡到柱形，半径从r1（A点）指数增长到半径r2(C点);锥形波导芯长度为L1+L2(AC段)，柱形波导芯长度为L3+L4（BC段）;c.双锥波导芯组合结构（4）均匀地内嵌于锥形波导芯（2、3）中半径为S的圆环上；双锥波导芯组合结构（4）由多个相同的双锥波导芯结构组成；双锥波导芯组合结构（4）的起始端（B点）到模式转换器的输入端（A点）距离为L1;d.每一个双锥波导芯结构由两个圆锥体波导芯结构（5、6）的底部相接形成；左边的圆锥体波导芯结构（5）半径从0（B点）指数增长到r4（D点），右边的圆锥体波导芯结构（6）半径从r4（...

【专利技术属性】
技术研发人员：申东娅，万昌慧，张秀普，袁洪，马川，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：云南,53