用于实现直接芯到芯耦合的包括多芯光纤的光学系统技术方案

一种多芯光纤，包括设置在包层中的多个芯。该多个芯包括第一芯和第二芯。该第一芯包括第一传播常数β

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于实现直接芯到芯耦合的包括多芯光纤的光学系统相关申请的交叉引用本申请根据35U.S.C.§119要求于2018年11月21日提交的美国临时申请序列No.62/770,249的优先权，本申请基于该临时申请的内容并且该临时申请的内容通过引用整体并入本文。
技术介绍
本公开涉及包括多芯光纤的光学系统。更具体地，本公开涉及包括具有至少两个芯的多芯光纤的光学系统，该至少两个芯具有不同的传播常数，该多芯光纤与长周期光纤光栅相结合有助于直接芯到芯(coretocore)耦合。
技术实现思路
根据本公开的主题，一种多芯光纤包括设置在包层中的多个芯。该多个芯包括第一芯和第二芯。该第一芯包括第一传播常数β1，该第二芯包括第二传播常数β2，该包层具有包层传播常数β0，并且根据本公开的一个实施例，一种多芯光纤包括设置在包层中的多个芯。所述多个芯包括第一芯、第二芯和第三芯。所述第一芯具有第一传播常数β1，所述第二芯具有第二传播常数β2，所述第三芯具有第三传播常数β3，所述包层具有包层传播常数β0，并且该第一芯和该第二芯还具有模态失配M12，并且其中C12是从所述第一芯到所述第二芯耦合的耦合系数；并且M12大于10。根据本公开的另一个实施例，一种用于将光从多芯光纤的第一芯耦合到所述多芯光纤的第二芯的方法，所述方法包括将由光学地耦合到所述多芯光纤的输入端的光子发生器生成的多个光子引导到多个芯的所述第一芯中，所述多芯光纤包括设置在包层中的多个芯。该多个芯包括第一芯和第二芯。该第一芯具有第一传播常数β1，该第二芯具有第二传播常数β2，该包层具有包层传播常数β0，并且该方法还包括将所述多芯光纤与调制器接合，从而在所述多芯光纤中生成具有光栅周期Ω的长周期光纤光栅，其中(2π)/(|β1-β2|)＝Ω使得所述第一芯与所述第二芯耦合。尽管本文主要参考量子通信来描述本公开的概念，但是可以构想这些概念将适用于光通信的任何方法。附图说明本公开的特定实施例的以下具体实施方式能够结合以下附图阅读时被最好地理解，在附图中相同的结构使用相同的附图标记来指示，而且在附图中：图1示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括光子发生器、多芯光纤、调制器和光子检测器的光学系统；图2A示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图1的多芯光纤沿着截面A-A的X-Y横截面；图2B示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图1的多芯光纤沿着截面B-B的具有第一长周期光纤光栅和第二长周期光纤光栅的Y-Z横截面，该第一长周期光纤光栅具有第一光栅周期，该第二长周期光纤光栅具有第二光栅周期；图3示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括机械调制器的图1的调制器的实施例；图4示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括声光调制器的图1的调制器的实施例；图5A示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括光子发生器、具有一个或多个固定长周期光纤光栅的多芯光纤和光子检测器的光学系统；图5B示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图5A的多芯光纤沿着截面C-C的X-Y横截面；图5C示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图5A的多芯光纤沿着截面D-D的具有第一固定长周期光纤光栅和第二固定长周期光纤光栅的Y-Z横截面，该第一固定长周期光纤光栅具有第一光栅周期，该第二固定长周期光纤光栅具有第二光栅周期；图6A示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括第一芯阵列的多芯光纤的X-Y横截面；图6B示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括第二芯阵列的多芯光纤的X-Y横截面；图6C示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括第三芯阵列的多芯光纤的X-Y横截面；图6D示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的包括第四芯阵列的多芯光纤的X-Y横截面；图7示意性地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的具有第一芯和第二芯的示例多芯光纤；图8图形地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图7的多芯光纤针对单个波长、沿着多个光栅周期的芯之间的透射率；以及图9图形地描绘了根据本文所示出和所描述的一个或多个实施例的图7的多芯光纤针对单个光栅周期、沿着一波长范围的芯之间的透射率。具体实施方式光在具有许多空间模式(例如，数千个空间模式)的光网络中的受控耦合在光交换网络、光计算和量子通信(例如，量子随机游走)中具有重要的应用。在量子应用中，具有低传播损耗和低退相干性的光的受控耦合对于量子算法和量子模拟的发展和实现方式至关重要。目前用于光的受控耦合的介质包括硅光子电路和玻璃波导。然而，这些介质面临着重大问题，诸如由于在制造过程中所增加的表面粗糙度而导致的高传播损耗，以及由于介质的折射率与输入和输出路径(例如，光纤)的折射率不匹配而导致的高耦合损耗。多芯光纤是一种传播损耗低、耦合损耗可忽略的替代介质。然而，在以前的实现方式中，多芯光纤是一种过于刚性的介质，使得不同芯之间的受控耦合变得困难。因此，期望改进的用于受控耦合的多芯光纤和光学系统。现在将详细地参考包括多芯光纤的光学系统的实施例，该多芯光纤具有设置在包层中的多个芯。多芯光纤被配置为便于多个芯中的两个之间的直接和选择性芯到芯耦合。该光学系统可以进一步包括调制器，该调制器被配置为在多芯光纤中生成长周期光纤光栅。长周期光纤光栅包括多芯光纤的多个横截面的折射率的周期性改变，以促进选择性芯到芯耦合。例如，多个芯包括具有第一传播常数的第一芯、具有第二传播常数的第二芯(以及在一些实施例中，可以包括第一传播常数、第二传播常数、其他传播常数及其组合的附加芯)、以及具有包层传播常数的包层。第一传播常数、第二传播常数以及包层传播常数被配置为使得在不存在长周期光纤光栅的情况下，在第一芯和第二芯之间发生最小的直接芯到芯耦合，并且当在多芯光纤中生成具有特定周期的长周期光纤光栅时，发生直接芯到芯耦合和最小的直接芯到包层耦合两者。在不受理论限制的情况下，由于相位失配，在不存在长周期光纤光栅的情况下，第一传播常数和第二传播常数之间的差使第一芯和第二芯隔离。这减少了环境微扰的影响(诸如芯直径波动和沿着光纤长度的芯相对位置)，并允许在多芯光纤中紧密封装芯，而没有在芯之间或芯与包层之间产生不期望的耦合。此外，在多芯光纤中生成长周期光纤光栅(例如，按需使用调制器)有助于例如，在第一芯和第二芯之间的选择性直接芯到芯耦合。总体来说，本文所描述的光学系统为各种应用提供了光学平台，诸如光交换网络、光计算和量子随机游走，该光学系统损耗最小，同时实现任意的光耦合(即，交换)。现在参考图1，示意性地描绘了光学系统100，该光学系统100包括具有多个芯120的多芯光纤110(图2A)、光子发生器180、光子检测器190和调制器150。多芯光纤110包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多芯光纤，包括：/n多个芯，所述多个芯设置在包层中，其中：/n所述多个芯包括第一芯和第二芯；并且/n所述第一芯包括第一传播常数β

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181121 US 62/770,2491.一种多芯光纤，包括：
多个芯，所述多个芯设置在包层中，其中：
所述多个芯包括第一芯和第二芯；并且
所述第一芯包括第一传播常数β1，所述第二芯包括第二传播常数β2，所述包层包括包层传播常数β0，并且


2.如权利要求1所述的多芯光纤，其特征在于：
所述第一芯和所述第二芯包括模态失配M12；

其中C12是从所述第一芯到所述第二芯耦合的耦合系数；并且
M12大于10。


3.如权利要求1或2所述的多芯光纤，其特征在于，所述多个芯中的每一个芯是单模芯。


4.如权利要求1、2或3所述的多芯光纤，其特征在于，所述多个芯中的每一个芯包括不同的传播常数。


5.一种光学系统，包括：
如权利要求1-4中任一项所述的多芯光纤；以及
调制器，所述调制器可与所述多芯光纤接合，其中：
将所述调制器与所述多芯光纤接合在包括光栅周期Ω的所述多芯光纤中生成长周期光纤光栅；并且
当(2π)/(|β1-β2|)＝Ω时，所述第一芯与所述第二芯耦合。


6.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于，所述调制器包括机械调制器，所述机械调制器可与所述多芯光纤物理地接合以将压力施加到所述多芯光纤的外表面。


7.如权利要求6所述的光学系统，其特征在于：
所述机械调制器包括第一板部分和第二板部分；
所述第一板部分、所述第二板部分、或两者包括多个周期性间隔的齿；
所述第一板部分、所述第二板部分、或两者可朝向彼此平移；并且
将所述多芯光纤与所述机械调制器接合包括使用所述第一板部分和所述第二板部分将物理压力施加到所述多芯光纤。


8.如权利要求5所述的光学系统，其特征在于：
所述调制器包括声光调制器；
所述声光调制器包括压电换能器；并且
将所述多芯光纤与所述声光调制器接合包括使用所述压电换能器在所述多芯光纤中生成声波。


9.如权利要求5-7中任一项所述的光学系统，进一步包括光学地耦合到所述多芯光纤的输入端的光子发生器和光学地耦合到所述多芯光纤的输出端的光子检测器。


10.如权利要求1-4中任一项所述的多芯光纤，进一步包括长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅包括光栅周期Ω，其中(2π)/(|β1-β2|)＝Ω。


11.如权利要求1-4或10中任一项所述的多芯光纤，其特征在于，所述第一芯和所述第二芯之间的消光比是20dB或更大。


12.如权利要求1-4、10或11所述的多芯光纤，其特征在于，所述多芯光纤的整体设备尺寸小于30cm。


13.如权利要求1-4所述的多芯光纤，其特征在于：
所述多个芯包括至少三个芯；并且
所述至少三个芯包括各自具有所述第一传播常数β1的一个或多个第一芯和各自具有所述第二传播常数β2的一个或多个第二芯。


14.如权利要求13所述的多芯光纤，其特征在于：
所述至少三个芯包括各自具有第三传播常数β3的一个或多个第三芯；并且
所述第三传播常数β3不同于所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·R·赫拉普科，R·A·莫达维斯，D·A·诺兰，杨俊，S·E·科卡巴斯，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US