一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，复用器包含主体、单模光纤Ⅰ、单模光纤Ⅱ和少模光纤，单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ在主体的一端，少模光纤在主体的另一端，主体是由纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ和包层构成的三芯光纤，纤芯Ⅲ中写有长周期光纤光栅。利用两个单模纤芯与写入长周期光纤光栅的少模纤芯的相对位置关系，可以使纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ的LP01模分别与纤芯Ⅲ中两个简并的LP11模发生耦合，再通过匹配的单模光纤和少模光纤进行输入与输出，从而通过对两根单模光纤输入LP01模就可实现少模光纤中LP11,a模和LP11,b模的模式复用，也可以实现对少模光纤输入LP11,a模和LP11,b模分解成两根单模光纤的LP01模的模式解复用，应用到模分复用系统中具有较低的损耗和串扰。

A mode multiplexer / demultiplexer based on three core fiber

【技术实现步骤摘要】
一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器
本技术涉及一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，属于基于少模光纤的模分复用通信领域。
技术介绍
到目前为止，光纤通信系统主要是采用波分复用技术来维持人们对网络流量需求的持续性增长。然而，单模光纤受自身固有非线性效应的限制，对其传输容量的利用已趋于极限。基于少模光纤的模分复用技术可以显著提升系统的传输容量，被视为下一代光通信技术。基于少模光纤的模分复用技术，不再单一使用少模光纤中的某个模式，需要少模光纤中多个模式的同时、稳定传输。因此，在发射端需要模式复用器将多个模式耦合到少模光纤中，并在接收端同样需要模式解复用器将少模光纤中的多个模式分解。模式复用器/解复用器作为模式复用系统中的关键器件，直接关系到少模光纤中模式传输的质量。现有的模式复用器通常需要分三步来工作。第一步，是将少模光纤与单模光纤直接熔接，以激发少模光纤中的基模，但两者直接熔接的连接损耗较大，并且还会引起模式间的串扰。第二步，使用多个模式转换器分别将少模光纤中的基模转换为某一个高阶模，但是转换效率达到20dB的宽带模式转换是较为困难的，通常都存在残余基模对转换后的高阶模造成串扰的现象。第三步，把多根少模光纤中的模式耦合到一根少模光纤中。模式解复用器则是反过程工作。因此，现有的模式复用器/解复用器工作时都存在较大的损耗和串扰，从而影响信息的传输质量。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足，提供一种低损耗、低串扰的基于三芯光纤的模式复用器、解复用器。本技术的目的是这样实现的：一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，复用器包含主体、单模光纤Ⅰ、单模光纤Ⅱ和少模光纤，所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ在主体的一端，少模光纤在主体的另一端，所述主体是由纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ、纤芯Ⅲ和包层构成的三芯光纤，纤芯Ⅲ中写有长周期光纤光栅。所述纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ中心分别与纤芯Ⅲ中心之间的距离d相等，纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ中心分别与纤芯Ⅲ中心的连线相互垂直。所述主体的长度大于长周期光纤光栅的长度。所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ相同，单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ的纤芯与纤芯Ⅰ和纤芯Ⅱ的直径都相同，分别与纤芯Ⅰ和纤芯Ⅱ连接，所述少模光纤的纤芯与纤芯Ⅲ的直径相同，与纤芯Ⅲ连接。所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ及少模光纤与主体连接的一端的包层直径都比另一端的包层直径小，都有一段过渡区。所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ的纤芯折射率与纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ的折射率相同，所述少模光纤的纤芯折射率与纤芯Ⅲ的折射率相同，所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ及少模光纤的包层折射率与包层的折射率相同。所述纤芯Ⅰ和纤芯Ⅱ为相同的单模纤芯，即纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ的归一化频率分别为VⅠ和VⅡ，满足VⅠ＝VⅡ＜2.405，纤芯Ⅲ为少模纤芯，即纤芯Ⅲ(1.3)的归一化频率VⅢ满足VⅢ＞2.405。所述长周期光纤光栅的周期满足Λ＝λ0/(nb(λ0)-na(λ0))，其中(λ0为光栅的中心波长，na(λ0)和nb(λ0)分别为纤芯Ⅰ中LP01模和纤芯Ⅲ中LP11模的有效折射率；所述长周期光纤光栅的长度L取为纤芯Ⅰ中LP01模和纤芯Ⅲ中LP11模的耦合长度。所述单模光纤Ⅰ和单模光纤Ⅱ与主体连接一端包层直径同为Da，满足Da＜2d-db，少模光纤与主体连接一端包层直径Db满足Db＜2d-da，其中da为纤芯Ⅰ和纤芯Ⅱ的直径，db为纤芯Ⅲ的直径。与现有技术相比，本技术的有益效果是：本技术利用两个单模纤芯与写入长周期光纤光栅的少模纤芯的相对位置关系，可以使纤芯Ⅰ、纤芯Ⅱ的LP01模分别与纤芯Ⅲ中两个简并的LP11模(LP11,a模和LP11,b模)发生耦合，再通过匹配的单模光纤和少模光纤进行输入与输出，从而通过对两根单模光纤输入LP01模就可实现少模光纤中LP11,a模和LP11,b模的模式复用，也可以实现对少模光纤输入LP11,a模和LP11,b模分解成两根单模光纤的LP01模的模式解复用。本技术可以应用到基于少模光纤的模分复用系统中，具有较低的损耗和串扰。附图说明图1为本技术一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的结构示意图。图2为d＝24μm时，无长周期光纤光栅下主体中三个纤芯内模式的能量随传播距离的关系图。图3为本技术从纤芯Ⅰ输入LP01模，在长周期光纤光栅区模式的能量耦合随传播距离的关系图。图4为本技术从纤芯Ⅱ输入LP01模，在长周期光纤光栅区模式的能量耦合随传播距离的关系图。图5为本技术从纤芯Ⅰ输入LP01模，在长周期光纤光栅区不同传播距离时的模式分布图，(a)Z＝0，(b)Z＝L/3，(c)Z＝2L/3，和(d)Z＝L。图6为本技术从纤芯Ⅱ输入LP01模，在长周期光纤光栅区不同传播距离时的模式分布图，(a)Z＝0，(b)Z＝L/3，(c)Z＝2L/3，和(d)Z＝L。图7为本技术从纤芯Ⅰ输入LP01模，在长周期光纤光栅区归一化输出能量随波长的关系图。图8为本技术从纤芯Ⅱ输入LP01模，在长周期光纤光栅区归一化输出能量随波长的关系图。图9为本技术在长周期光纤光栅区纤芯Ⅲ中LP01模、LP21模和LP02模的归一化输出能量随波长的关系图。其中：主体1、纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2、纤芯Ⅲ1.3、包层1.4、长周期光纤光栅1.5、单模光纤Ⅰ2、单模光纤Ⅱ3、少模光纤4。具体实施方式参见图1，本技术一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，该复用器的主体1是由纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2、纤芯Ⅲ1.3和包层1.4构成的三芯光纤，纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2为两个相同单模纤芯，纤芯Ⅲ1.3为少模纤芯，纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2中心分别与纤芯Ⅲ1.3中心的连线相互垂直，纤芯间距d(纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2中心分别与纤芯Ⅲ1.3中心的距离)相等。在纤芯Ⅲ1.3中写入一段长周期光纤光栅1.5，使纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2的LP01模与纤芯Ⅲ1.3中的LP11模满足长周期光纤光栅相位匹配条件，长周期光纤光栅1.5的周期满足Λ＝λ0/(nb(λ0)-na(λ0))，其中λ0为光栅的中心波长，na(λ0)和nb(λ0)分别为纤芯Ⅰ1.1中LP01模和纤芯Ⅲ1.3中LP11模的有效折射率。由于纤芯Ⅰ1.1和纤芯Ⅱ1.2与纤芯Ⅲ1.3的相对位置关系，纤芯Ⅰ1.1、纤芯Ⅱ1.2的LP01模可以与纤芯Ⅲ1.3中两个简并的LP11模(LP11,a模和LP11,b模)发生耦合，主体1一端连接与纤芯Ⅰ1.1和纤芯Ⅱ1.2匹配的单模光纤Ⅰ2和单模光纤Ⅱ3，另一端连接与纤芯Ⅲ1.3匹配的少模光纤4。从单模光纤Ⅰ2和单模光纤Ⅱ3分别输入LP01模就可实现从少模光纤4输出LP11,a模和LP11,b，此为模式复用器，从少模光纤4输入LP11,a模和LP11,b模可实现从单模光纤Ⅰ2和单模光纤Ⅱ3分别输出LP01模，此为模式解复用器。模式解复用器是模式复用器的反向工作，耦合性能相同，本技术仅对模式复用器进行说明。主体1的纤芯间距d须适中，确保在纤芯Ⅲ1.3没有写入长周期光纤光栅的情况下，纤芯之间不会发生能量耦合。参见图2，纤芯间距d＝24μm时，纤芯Ⅲ1.3中四个模式的耦合能量都随传输距离呈周期性变化，其中LP21、LP02模的耦合能量较大，但最大耦合能量皆小于-20dB；纤芯Ⅱ1.2的L本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：复用器包含主体（1）、单模光纤Ⅰ（2）、单模光纤Ⅱ（3）和少模光纤（4），所述单模光纤Ⅰ（2）和单模光纤Ⅱ（3）在主体（1）的一端，少模光纤（4）在主体（1）的另一端，所述主体（1）是由纤芯Ⅰ（1.1）、纤芯Ⅱ（1.2）、纤芯Ⅲ（1.3）和包层（1.4）构成的三芯光纤，纤芯Ⅲ（1.3）中写有长周期光纤光栅（1.5）。

【技术特征摘要】
1.一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：复用器包含主体（1）、单模光纤Ⅰ（2）、单模光纤Ⅱ（3）和少模光纤（4），所述单模光纤Ⅰ（2）和单模光纤Ⅱ（3）在主体（1）的一端，少模光纤（4）在主体（1）的另一端，所述主体（1）是由纤芯Ⅰ（1.1）、纤芯Ⅱ（1.2）、纤芯Ⅲ（1.3）和包层（1.4）构成的三芯光纤，纤芯Ⅲ（1.3）中写有长周期光纤光栅（1.5）。2.如权利要求1所述一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：所述纤芯Ⅰ（1.1）、纤芯Ⅱ（1.2）中心分别与纤芯Ⅲ（1.3）中心之间的距离相等，纤芯Ⅰ（1.1）、纤芯Ⅱ（1.2）中心分别与纤芯Ⅲ（1.3）中心的连线相互垂直。3.如权利要求1所述一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：所述主体（1）的长度大于长周期光纤光栅（1.5）的长度。4.如权利要求1所述一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：所述单模光纤Ⅰ（2）和单模光纤Ⅱ（3）相同，单模光纤Ⅰ（2）和单模光纤Ⅱ（3）的纤芯与纤芯Ⅰ（1.1）和纤芯Ⅱ（1.2）的直径都相同，分别与纤芯Ⅰ（1.1）和纤芯Ⅱ（1.2）连接，所述少模光纤（4）的纤芯与纤芯Ⅲ（1.3）的直径相同，与纤芯Ⅲ（1.3）连接。5.如权利要求1所述一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器，其特征在于：所述单模光纤Ⅰ（2）和单模光纤Ⅱ（3）及少模光纤（4）与主体（1）连接的一端的包层（1.4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦锦，张恩隆，赵霞，张冬梅，陈明阳，骆鹏程，孙伟雄，
申请(专利权)人：江苏法尔胜光电科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32