光纤模式转换器件制造技术

本发明专利技术涉及光纤光学与纳米光学技术领域，公开了一种光纤模式转换器件，包括：光纤和纳米天线阵列，所述纳米天线阵列嵌入在所述光纤的内部并分布在所述光纤的横截面上，所述纳米天线阵列能将不同的所述光纤模式进行相互转换。该光纤模式转换器件具有能够实现任意两个模式间的相互转换、自由度高以及鲁棒性能好的优点。

Fiber mode converter

【技术实现步骤摘要】
光纤模式转换器件
本专利技术涉及光纤光学与纳米光学
，特别是涉及一种光纤模式转换器件。
技术介绍
光纤作为一种廉价的光波导，可以将光场束缚在其中，传输信息或者能量，广泛应用于高速网络通信、工业加工制造、医疗美容和国防军事等领域。作为圆柱形光波导，在光纤中传输的光场在横向会呈现出特定的光场分布，称为模式。对于普通阶跃型折射率分布光纤，随着其数值孔径的增加，光纤中会依次能容纳LP01、LP11、LP21等线偏振模式(或HE11、TM01、TE01等矢量模式)，光纤中稳定传输的光场均为这些模式的线性组合。由于基模(LP01)的模场分布集中、发散角小及容易控制纯度，在光纤通信系统及光纤传感等应用中通常都使用基模光传输。不过，在一些场合高阶模式也拥有很高的应用价值，比如模分复用系统和多模光纤放大器。光纤激光震荡器直接输出的一般都是基模，因此，实际中通常需要将基模转换成为特定的高阶模式，目前，实现光纤模式转换的方法有光纤定向耦合器法、空间光调制法和光子灯笼法。光纤定向耦合器法通过两根靠得很近的光纤，在满足等效折射率匹配的情况下，一根光纤的基模光可以耦合到另一根光纤的高阶模中去，此方法无法控制光的偏振，难以特定地激发矢量模或者涡旋模；基于空间光调制的方法主要是在光纤入射端放置空间光调制器，对入射高斯光束进行相位或强度调制，实现耦合到光纤中特定的模式上，此种方案基于分立的光学元件，体积较大、使用不便；光子灯笼法采用多根不同的单模光纤绝热拉锥并与少模光纤熔接，不过其无法控制光场的偏振，无法转换出特定矢量模，且模式纯度不是很高。实际的激光器系统或者光纤传输系统通常有着全光纤化以及高鲁棒性的要求，同时还需要有高的设计自由度，即任意两个模式间都可以实现相互转换，而目前的光纤模式转换器件无法同时满足这些要求。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的是提供一种光纤模式转换器件，以至少解决现有技术中的光纤模式转换器件存在任意两个模式间无法实现相互转换、自由度低以及鲁棒性能差的技术问题之一。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种光纤模式转换器件，包括：光纤和纳米天线阵列，所述纳米天线阵列嵌入在所述光纤的内部并分布在所述光纤的横截面上，所述纳米天线阵列能将不同的所述光纤模式进行相互转换。其中，所述光纤包括纤芯和包裹在所述纤芯的外围的包层，所述纳米天线阵列的中间区域嵌设在所述纤芯的内部。其中，所述纳米天线阵列包括矩形硅柱阵列；所述光纤包括石英光纤。其中，所述矩形硅柱阵列的规模设为25×25。其中，所述光纤的入射模式与所述光纤的出射模式能进行相互转换。其中，所述纳米天线阵列的制造材质包括非晶硅。其中，所述光纤包括单模光纤、多模光纤或光子晶体光纤。其中，所述纳米天线阵列排布在所述光纤的横截面上。其中，相邻的所述纳米天线阵列的中心距为0.5微米，所述石英光纤的纤芯直径为10微米，所述石英光纤的工作波长为1010纳米。(三)有益效果本专利技术提供的光纤模式转换器件，与现有技术相比，具有如下优点：本申请采用了嵌入式的天线阵列设计，直接将纳米天线阵列嵌入到光纤中，保证了光纤模式转换器件的全光纤化，有助于提升光纤模式转换器件的紧凑化和可靠性。本申请的光纤模式转换器件具有自由度高、可以实现任意两个光纤模式间的相互转换，本申请不仅可以用来特定地激发某一个本征模，还可以适用于激发多个本征模的合成态，只要合理设计纳米天线阵列，使得入射模场通过之后的相位或偏振与出射光场模式相匹配即可。可见，本申请的光纤模式转换器件可以实现任意不同光纤模式间的相互转换，具有较高的自由度和高鲁棒性的优点。附图说明图1为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的整体结构示意图；图2为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的将LP01模式转换为LP11模式的情况下的纳米天线阵列的几何形状排布示意图；图3为图2中的入射模场的电场矢量分布图；图4为图2中的出射模场的电场矢量分布图；图5为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的将LP11模式转换为LP01模式的情况下的纳米天线阵列的几何形状排布示意图；图6为图5的入射模场的电场矢量分布图；图7为图5的出射模场的电场矢量分布图；图8为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的将LP01模式转换为LP21模式的情况下的纳米天线阵列的几何形状排布示意图；图9为图8中的入射模场的电场矢量分布图；图10为图8中的出射模场的电场矢量分布图；图11为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的将LP01模式转换为TM01模式的情况下的纳米天线阵列的几何形状排布示意图；图12为图11中的入射模场的电场矢量分布图；图13为图11中的出射模场的电场矢量分布图；图14为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的将LP01模式转换为线偏振基阶涡旋模式的情况下的纳米天线阵列的几何形状排布示意图；图15为图14中的入射模场的电场矢量分布图；图16为图14中的出射模场的电场矢量分布图；图17为图2、图5、图8、图11以及图14的五种实施例中转换效率随工作波长的变化曲线的示意图；图18为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的整体结构的侧视图；图19为本专利技术的实施例的光纤模式转换器件的整体结构的俯视结构示意图。附图标记：1：光纤；11：纤芯；12：包层；2：纳米天线阵列。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。在本专利技术中，除本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤模式转换器件，其特征在于，包括：/n光纤和纳米天线阵列，所述纳米天线阵列嵌入在所述光纤的内部并分布在所述光纤的横截面上，所述纳米天线阵列能将不同的所述光纤模式进行相互转换。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤模式转换器件，其特征在于，包括：
光纤和纳米天线阵列，所述纳米天线阵列嵌入在所述光纤的内部并分布在所述光纤的横截面上，所述纳米天线阵列能将不同的所述光纤模式进行相互转换。


2.根据权利要求1所述的光纤模式转换器件，其特征在于，所述光纤包括纤芯和包裹在所述纤芯的外围的包层，所述纳米天线阵列的中间区域嵌设在所述纤芯的内部。


3.根据权利要求2所述的光纤模式转换器件，其特征在于，所述纳米天线阵列包括矩形硅柱阵列；所述光纤包括石英光纤。


4.根据权利要求3所述的光纤模式转换器件，其特征在于，所述矩形硅柱阵列的规模设为25×25。


5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖起榕，闫平，刘洲天，孟鸢，巩马理，李丹，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11