高效的多模式变换器制造技术

本发明专利技术高效的多模式变换器，在1550纳米波长上，具体实现模式复用技术的基阶模式（LP01）向多个高阶模式（LPmn）的高效率变换，属于光通信领域。本发明专利技术包括：纤芯包层（1）、“半径减小型拉锥纤芯（2）”、“半径增长型拉锥纤芯（3）”。其中，“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”构成反向拉锥双芯结构光波导实现的多模式变换器。通过从“半径减小型拉锥纤芯（2）”注入基阶模式（LP01），从“半径增长型拉锥纤芯（3）”耦合输出高阶模式（LPmn）。本发明专利技术是应用于光通信领域的模式复用技术，具体实现高效的多模式变换器，能实现基阶模式（LP01）向多个高阶模式（LPmn）的高效率变换；同样的，也能实现高阶模式（LPmn）向基阶模式（LP01）变换。

Efficient multi-mode converter

The high-efficiency multi-mode converter of the invention realizes the high-efficiency conversion of the fundamental mode (LP01) of mode multiplexing technology to multiple higher-order modes (LPmn) at 1550 nano-wavelength, belonging to the field of optical communication. The invention includes: core cladding (1), \radius reducing tapered core (2)\ and \radius increasing tapered core (3)\. Among them, \radius-reduced tapered core (2)\ and \radius-increased tapered core (3)\ constitute a multi-mode converter realized by reverse tapered double-core structure optical waveguide. By injecting the fundamental mode (LP01) from the \radius-reduced tapered core (2)\, the higher-order mode (LPmn) is coupled from the \radius-increased tapered core (3)\. The invention is a mode multiplexing technology applied in the field of optical communication, specifically realizing an efficient multi-mode converter, which can realize high-efficiency transformation from base mode (LP01) to multiple high-order modes (LPmn); similarly, it can also realize transformation from high-order mode (LPmn) to base mode (LP01).

【技术实现步骤摘要】
高效的多模式变换器
本专利技术涉及高效的多模式变换器，通过调整结构参数值，可以在1550纳米波长上高效地实现四个高阶模式的变换，属于光纤模式复用通信

技术介绍
光纤模式复用技术（MDM）是实现光纤多输入多输出（MIMO）通信的主要方法，是增加光纤链路传输容量的最直接有效的方法。光纤模式复用通信系统通过使用少模光纤（FMF）中不同的传输模式进行信号的传输，每一个传输模式作为一个独立的信道，单独携带一路传输信号。在使用模式复用通信技术时，需要把发送端的基阶模式（LP01）变换成高阶模式（LPmn），并将它们复用在少模光纤中进行传输；同理，也需要把接收端的携带信息的高阶模式（LPmn）变换成基阶模式（LP01），再进行信号处理。到目前为止，应用于模式复用技术中的模式变换器主要有以下几种类型：几何光学模式变换器，基于平面光波导的模式复用/解复用器，长周期光纤光栅型模式变换器，基于光子晶体光纤的模式变换器，双芯光纤的耦合器。这些研究要么尺寸过大，不利于系统集成；要么转换效率低；或者是仅实现一个高阶模式的转换。本专利技术设计的高效的多模式变换器，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
本专利技术针对现有模式变换技术的缺点，采用反向拉锥双芯结构光波导构成模式变换器，把基阶模式（LP01）变换为多种高阶模式（LPmn），变换效率高。本专利技术高效的多模式变换器，通过调整结构参数值，可以在1550纳米波长上高效地实现四个高阶模式的变换，同样的，也能实现高阶模式（LPmn）向基阶模式（LP01）变换。且结构简单，尺寸较小，利于系统集成。本专利技术通过将“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”平行布置且两端对齐，形成反向拉锥双芯结构光波导构成的模式变换器，实现基阶模式（LP01）变换为高阶模式（LPmn）的多模式变换器。本专利技术高效的多模式变换器，包括：纤芯包层（1）、“半径减小型拉锥纤芯（2）”、“半径增长型拉锥纤芯（3）”，其中：a.纤芯包层（1）均匀覆盖纤芯,半径为R1，长度为L；b.“半径减小型拉锥纤芯（2）”长度为L，纤芯半径从R2缓慢减小到R3；“半径增长型拉锥纤芯（3）”长度为L，半径从R4缓慢增长到R5；c．“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的中心轴线平行，且中心轴线的间距为D；d．纤芯包层（1）的折射率为n1，“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的折射率均为n2，且n1<n2；e.基模信号（LP01）从输入端口（P1）输入到“半径减小型拉锥纤芯（2）”，通过“半径增长型拉锥纤芯（3）”的耦合，输入模式变换为高阶模式，从耦合输出端口（P4）输出；f.随着信号的传输，“半径减小型拉锥纤芯（2）”中的基模的有效折射率逐渐减小，耦合输出端的“半径增长型拉锥纤芯（3）”中耦合输出的高阶模的有效折射率增加，当某一模式的有效折射率与基模的有效折射率相等时，基模功率将大幅度地耦合到该高阶模上，实现高效率的模式变换。g．调整长度L和“半径减小型拉锥纤芯（2）”起始处（P1）和结束处（P2）的半径R2和R3，增大中心轴线的间距D以及“半径增长型拉锥纤芯（3）”的起始处（P3）和结束处（P4）的半径R4和R5，可以实现基阶模式（LP01）向更高阶模式变换；h．光波导结构是圆的，或矩形的；当使用矩形波导时，模式变换得到的是准LPmn，而不是严格的LPmn模式；i．本模式变换器是在二氧化硅（silica）平面光波导电路技术上实现。本专利技术高效的多模式变换器，通过调整结构参数值，可以在1550纳米波长上高效地实现四个高阶模式的变换，同样的，也能实现高阶模式（LPmn）向基阶模式（LP01）变换。且结构简单，尺寸较小，利于系统集成，对未来光纤模式复用通信系统有巨大的应用前景。附图说明图1为模式变换器结构图。图2为基模（LP01）和高阶模（LP11）的有效折射率随传输距离的变化。图3为基模（LP01）和高阶模（LP11）的归一化功率随传输距离的变化。图4为基模（LP01）和高阶模（LP21）的归一化功率随传输距离的变化。图5为基模（LP01）和高阶模（LP31）的归一化功率随传输距离的变化。图6为基模（LP01）和高阶模（LP12）的归一化功率随传输距离的变化。具体实施方式本专利技术针对现有的主流的模式变换技术的缺点，提出把基阶模式（LP01）变换为高阶模式（LPmn）的高效的多模式变换器。本专利技术提出的高效的多模式变换器，通过调整结构参数值，可以在1550纳米波长上高效地实现四个高阶模式的变换，同样的，也能实现高阶模式（LPmn）向基阶模式（LP01）变换。且结构简单，尺寸较小，利于系统集成。本专利技术通过将“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”平行布置且两端对齐，形成反向拉锥双芯结构光波导构成的模式变换器，实现基阶模式（LP01）变换为不同的高阶模式（LPmn）的多模式变换器。本专利技术高效的多模式变换器，包括：纤芯包层（1）、“半径减小型拉锥纤芯（2）”、“半径增长型拉锥纤芯（3）”，其中：a.纤芯包层（1）均匀覆盖纤芯,半径为R1，长度为L；b.“半径减小型拉锥纤芯（2）”长度为L，纤芯半径从R2缓慢减小到R3；“半径增长型拉锥纤芯（3）”长度为L，半径从R4缓慢增长到R5；c．“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的中心轴线平行，且中心轴线的间距为D；d．纤芯包层（1）的折射率为n1，“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的折射率均为n2，且n1<n2；e.基模信号（LP01）从输入端口（P1）输入到“半径减小型拉锥纤芯（2）”，通过“半径增长型拉锥纤芯（3）”的耦合，输入模式变换为高阶模式，从耦合输出端口（P4）输出；f.随着信号的传输，“半径减小型拉锥纤芯（2）”中的基模的有效折射率逐渐减小，耦合输出端的“半径增长型拉锥纤芯（3）”中耦合输出的高阶模的有效折射率增加，当某一模式的有效折射率与基模的有效折射率相等时，基模功率将大幅度地耦合到该高阶模上，实现高效率的模式变换。g．调整长度L和“半径减小型拉锥纤芯（2）”起始处（P1）和结束处（P2）的半径R2和R3，增大中心轴线的间距D以及“半径增长型拉锥纤芯（3）”的起始处（P3）和结束处（P4）的半径R4和R5，可以实现基阶模式（LP01）向更高阶模式变换；h．光波导结构是圆的，或矩形的；当使用矩形波导时，模式变换得到的是准LPmn，而不是严格的LPmn模式；i．本模式变换器是在二氧化硅（silica）平面光波导电路技术上实现。本专利技术为高效的多模式变换器，是应用于光通信领域中模式复用技术。其结构如图1所示。本专利技术的技术方案是这样实现的：光纤中的传输模式的传输常数完全表征了该模式，而传输常数则由该模式的有效折射率确定，因此，通过合理地设计双芯结构，随着信号的传输，“半径减小型拉锥纤芯（2）”中的基模的有效折射率逐渐减小，耦合输出端的“半径增长型拉锥纤芯（3）”中耦合输出的高阶模的有效折射率增加，当某一模式的有效折射率与基模的有效折射率相等时，基模功率将大幅度地耦合到该高阶模上，实现高效率的模式变换。下面以一个LP01变换到LP11的模式变换器为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高效的多模式变换器，其特征在于，采用反向拉锥双芯结构光波导构成模式变换器，包括：纤芯包层（1）、“半径减小型拉锥纤芯（2）”、“半径增长型拉锥纤芯（3）”，其中：a. 纤芯包层（1）均匀覆盖纤芯, 半径为R1，长度为L；b.“半径减小型拉锥纤芯（2）”长度为L，纤芯半径从R2缓慢减小到R3；“半径增长型拉锥纤芯（3）”长度为L，半径从R4缓慢增长到R5；c．“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的中心轴线平行，且中心轴线的间距为D；d．纤芯包层（1）的折射率为n1，“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的折射率均为n2， 且n1

【技术特征摘要】
1.高效的多模式变换器，其特征在于，采用反向拉锥双芯结构光波导构成模式变换器，包括：纤芯包层（1）、“半径减小型拉锥纤芯（2）”、“半径增长型拉锥纤芯（3）”，其中：a.纤芯包层（1）均匀覆盖纤芯,半径为R1，长度为L；b.“半径减小型拉锥纤芯（2）”长度为L，纤芯半径从R2缓慢减小到R3；“半径增长型拉锥纤芯（3）”长度为L，半径从R4缓慢增长到R5；c．“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的中心轴线平行，且中心轴线的间距为D；d．纤芯包层（1）的折射率为n1，“半径减小型拉锥纤芯（2）”和“半径增长型拉锥纤芯（3）”的折射率均为n2，且n1<n2。2.根据权利要求1所述的高效的多模式变换器，其特征在于：基模信号（LP01）从输入端口（P1）输入到“半径减小型拉锥纤芯（2）”，通过“半径增长型拉锥纤芯（3）”的耦合，输入模式变换为高阶模式，从耦合输出端口（P4）输出。3.根据权利要求1所述的高效的多模式变...

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