光纤型可调谐宽带模式转换器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤型可调谐宽带模式转换器及其制备方法，其中，该转换器具体为由一根被均匀拉细到预设纤芯半径R

【技术实现步骤摘要】
光纤型可调谐宽带模式转换器及其制备方法
本专利技术涉及光纤通信和光纤传感
，尤其涉及一种光纤型可调谐宽带模式转换器及其制备方法。
技术介绍
如今，互联网技术的高速发展和普及带来了信息业务量的迅速增长，大数据、云计算、移动互联网以及各种网络应用的迅猛发展使得对网络传输容量的需求呈指数式增长。光纤通信网络是现代信息网络的主干网络，空分/模分复用技术结合波分复用技术可以极大的提高光纤通信的容量，是实现未来大容量光纤通信的关键技术。光纤型模式转换器，特别是可实现高效高阶光纤模式转换的光纤型模式转换器是光纤模分复用系统的主要器件，具有体积小、成本低、结构简单等优势，且能够更好地与现有光纤器件和光纤网络相匹配。在全光纤模分、波分混合复用网络中，需要结合模分复用技术与现在广泛使用的密集波分复用系统，这对模式转换器的宽带特性和可调谐性提出了要求，因此光纤型可调谐宽带模式转换器在光纤通信和光纤传感领域具有广泛的应用前景。国内外涉及到宽带模式转换器的专利如下：一种宽带光纤模式转换器(中国专利CN203838366U),一种光纤型宽带光涡旋滤波器(中国专利CN108089267B)，一种可调谐大带宽纳米光纤带通滤波器(中国专利CN109655974A)，一种光纤型超宽带带阻滤波器(中国专利CN110716265A)；国内外已有一些论文和专利讨论了光纤型模式转换器的设计和制作。其中基于传统光纤光栅的模式转换器虽然可以通过光栅周期的变换实现可调谐，但通常宽带较窄，一般只有一二十纳米，不能覆盖整个通信波段；利用光纤色散转换点的双调谐特性可实现宽带宽，但是色散转换点是光纤的固有特性，难以实现可调谐(https://doi.org/10.1364/OE.389471)，且如果要实现比较宽的宽带，则会导致转换谱中心不够平坦，即波段中心转换效率不高。采用特殊设计的光纤或者耦合器可以实现宽带模式转换，例如专利“一种宽带模式转换器(中国专利CN203838366U)”中的三芯光纤可以实现基模与高阶模式的转换，但这种方式需要复杂的工艺，且与现有光纤器件和光纤网络的兼容性不佳。综上所述，现有的光纤模式转换器并不同时具有宽带可调谐及平坦的转换特性，且对加工工艺的要求和与现有光纤网络的兼容性较差。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种兼容性高、转换平坦的光纤型可调谐宽带模式转换器及其制备方法。技术方案：本专利技术所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，具体为由一根被均匀拉细到预设纤芯半径Rn的少模光纤制作的具有预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅。进一步的，所述预设纤芯半径Rn具体为：Rn＝R0-(λm-λ0)/c式中，λ0和λm分别为拉细前的少模光纤的色散转换点波长和设计的转换器需要达到的中心波长，R0为拉细前的少模光纤的半径，c是与少模光纤有关的特性参数，且c取值大于0。进一步的，所述预设非均匀周期具体为：Λj＝Λ0(1-ΔΦj/2π)ΔΦj＝Φj-Φj-1Φj＝A×cos(B×2π×(j-1)×Λ0/L)式中，Λj表示第j个周期的周期长度，且1≤j≤N，N为周期个数，Λ0为基准周期长度，ΔΦj表示第j个周期的相位变化，Φj表示第j个周期的相位，L为光纤光栅长度，z为光纤光栅纵轴方向坐标，A、B为优化参数值。进一步的，所述少模光纤具体为二模光纤、四模光纤、六模光纤或九模光纤中任意一种。进一步的，所述少模光纤被均匀拉细是通过氢氧焰或二氧化碳激光器加热到熔融状态后均匀拉长实现的。进一步的，所述预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅是通过紫外、机械、电弧、二氧化碳激光器或加热螺旋扭转中任意一种光纤光栅的制作方式制作的。本专利技术提供的一种光纤型可调谐宽带模式转换器的制备方法包括如下步骤：将少模光纤固定；将少模光纤均匀拉细到预设纤芯半径Rn；在均匀拉细后的少模光纤上制作具有预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅。进一步的，所述少模光纤被均匀拉细是通过氢氧焰或二氧化碳激光器加热到熔融状态后均匀拉长实现的。进一步的，所述预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅是通过紫外、机械、电弧、二氧化碳激光器或加热螺旋扭转中任意一种光纤光栅的制作方式制作的。本专利技术提供的另一种光纤型可调谐宽带模式转换器的制备方法包括如下步骤：将少模光纤固定在夹具和旋转器中心之间，其中，所述夹具位于平移台1上，所述旋转器位于平移台2上，所述平移台1和平移台2均位于平移台3上；将蓝宝石管套在少模光纤外并进行固定；打开二氧化碳激光器的光开关，发射的激光经过反射镜到达蓝宝石管，从而将少模光纤均匀地加热到熔融状态，反向移动平移台1和平移台2，使得少模光纤逐渐被均匀拉细至预设纤芯半径Rn；对均匀拉细后的少模光纤重新加热到熔融状态后，同时控制拉细少模光纤的移动和旋转器的旋转，通过控制移动速度和旋转速度的不同比例关系，形成具有螺旋折射率变化的非均匀周期的长周期光纤光栅。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：本专利技术采用支持更多光纤模式的少模光纤，可以有效的支持模分复用中所需要的多个光纤模式，以极大的提高光纤通信传输容量，利用光纤色散转换点的双谐振特性可实现具有上百纳米带宽的模式转换，采用相位采样光栅实现整个转换波段平坦的转换特性，通过光纤半径的均匀拉细实现模式转换器的中心波长在一定范围内的可调谐，即可以支持光纤通信波段的模式变换。本专利技术制作方法简单，只需要传统光纤器件制作工艺中常见的熔融拉细和长周期光栅制作工艺。附图说明图1为本专利技术提供的光纤型可调谐宽带模式转换器的结构图；图2为本专利技术提供的光纤型可调谐宽带模式转换器的制备方法原理图；图3为案例1-4选用的少模光纤的模式有效折射率图；图4为案例1和2中拉细后少模光纤的光纤半径与LP01、LP21模式转换的色散转换点的关系图；图5为案例3和4中拉细后少模光纤的光纤半径与LP11、LP21模式转换的色散转换点的关系图；图6为案例1和2中拉细后少模光纤的LP01、LP21模式转换的色散转换点随光纤半径变化图；图7为案例3和4中拉细后少模光纤的LP11、LP21模式转换的色散转换点随光纤半径变化图；图8为案例1中宽带模式转换器的LP01、LP21模式在波段1(1760nm-1889nm)的模式转换光谱图；图9为案例2中宽带模式转换器的LP01、LP21模式在波段2(1535nm-1654nm)的模式转换光谱图；图10为案例3中宽带模式转换器的LP11、LP21模式在波段3(1663nm-1800nm)的模式转换光谱图；图11为案例4中宽带模式转换器的LP11、LP21模式在波段4(1475nm-1610nm)的模式转换光谱图。具体实施方式本实施例提供了一种光纤型可调谐宽带模式转换器，其具体为由一根被均匀拉细到预设纤芯半径Rn的少模光纤所制作的具有预设非均匀周期特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：该转换器具体为由一根被均匀拉细到预设纤芯半径R

【技术特征摘要】
1.一种光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：该转换器具体为由一根被均匀拉细到预设纤芯半径Rn的少模光纤制作的具有预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅。


2.根据权利要求1所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：所述预设纤芯半径Rn具体为：
Rn＝R0-(λm-λ0)/c
式中，λ0和λm分别为拉细前的少模光纤的色散转换点波长和设计的转换器需要达到的中心波长，R0为拉细前的少模光纤的半径，c是与少模光纤有关的特性参数，且c取值大于0。


3.根据权利要求1所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：所述预设非均匀周期具体为：
Λj＝Λ0(1-ΔΦj/2π)
ΔΦj＝Φj-Φj-1
Φj＝A×cos(B×2π×(j-1)×Λ0/L)
式中，Λj表示第j个周期的周期长度，且1≤j≤N，N为周期个数，Λ0为基准周期长度，ΔΦj表示第j个周期的相位变化，Φj表示第j个周期的相位，L为光纤光栅长度，z为光纤光栅纵轴方向坐标，A、B为优化参数值。


4.根据权利要求1所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：所述少模光纤具体为二模光纤、四模光纤、六模光纤或九模光纤中任意一种。


5.根据权利要求1所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：所述少模光纤被均匀拉细是通过氢氧焰或二氧化碳激光器加热到熔融状态后均匀拉长实现的。


6.根据权利要求1所述的光纤型可调谐宽带模式转换器，其特征在于：所述预设非均匀周期特性的长周期光纤光栅是通过紫外、...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵华，张苗苗，郝媛媛，王鹏，李洪谱，
申请(专利权)人：南京师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32