一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，包括基底材料、高折射率掺杂棒；高折射率掺杂棒位于基底材料内；高折射率掺杂棒包括五根高折射率掺杂棒；第一高折射率掺杂棒位于基底材料的中心位置，第二、三、四、五高折射率掺杂棒按顺序依次分布在第一高折射率掺杂棒的外围；第二、三、四、五高折射率掺杂棒的直径相等，第一高折射率掺杂棒直径大于第二、三、四、五高折射率掺杂棒直径；第二、第三、第四、第五高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离逐渐增大,对该五芯光纤进行抛磨并在抛磨面镀金后，利用旁芯中传输的LP

【技术实现步骤摘要】
一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器


[0001]本专利技术属于光纤器件领域，涉及一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器

技术介绍

[0002]信息技术是推动社会进步的重要技术之一，信息现代化已成为推动社会发展的重要动力。特别是随着5G、6G、物联网、远程诊疗和智慧城市等的兴起，大容量的信息化传输能力已成为信息现代化的必要基础，而干线的传输容量已近极限，因此大力发展新的空分或模分复用技术已成必然。
[0003]模分复用是引入模式作为一个新的自由度来对传输信道进行扩容的一种技术，在基于光纤结构的模分复用系统中每一种模式都被认为是一独立的信道。模分复用系统的核心在于模分复用器的设计，目前的技术主要有基于自由空间光路的相位屏、“光子灯笼”、全光纤型耦合器等。现有的模分复用器，存在尺寸较大且难以与后续长距离光纤模式复用波导对接的问题，这使得难以适用于小型化和集成化模分复用系统。
[0004]近年，表面等离子体共振效应(SPR)已被广泛应用于微结构光纤的传感领域之中。其中，基于表面等离子体共振型光子晶体光纤(PCF)传感器的工作原理是在PCF包层中通过选择一些空气孔作为传感通道，并利用高压微流体化学气相沉积的方法在PCF的空气孔中沉积金属线、纳米颗粒或金属薄膜，然后，将待测的分析物填充到涂覆金属材料的空气孔内，就实现了该型传感器的设计。然而，通过上述方法获得的传感器在实际实施中难度很大。
[0005]随着现代信息技术的发展，光纤通信系统对器件的集成化及小型化提出了较高的要求。单一功能的光器件组合使用不仅会增加器件体积，同时也会附加更多的能量损耗，以此来看，多功能集成器件便具有了很大的研究需求及价值。模分复用器与SPR传感技术相结合是一种新颖且高效的设计，这意味着该模分复用器在正常工作的同时可对其工作环境实现实时的自检自测，便于研究人员对器件的性能及故障进行分析。现今对模分复用器与光纤传感技术进行结合的研究开展的还十分有限，但对二者进行结合研究制备多功能集成器件并进行应用的前景则日渐明朗，并成为一种趋势。多功能光纤集成器件的市场也十分广阔，并对全光集成具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为了克服上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其具有小型化高集成性、抗外界干扰性强、具有更低插入损耗、更易于制作的优点；并且，该模分复用器通过简单的D型化侧抛处理，即可使该器件在实现模式复用的同时具备传感检测能力。
[0007]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特殊之处在于：
[0008]包括基底材料以及高折射率掺杂棒；所述高折射率掺杂棒位于基底材料内；所述基底材料进行D型化侧抛处理；
[0009]所述高折射率掺杂棒包括第一高折射率掺杂棒、第二高折射率掺杂棒、第三高折射率掺杂棒、第四高折射率掺杂棒、第五高折射率掺杂棒；
[0010]所述第一高折射率掺杂棒位于基底材料的中心位置，第二、三、四、五高折射率掺杂棒按顺序依次分布在第一高折射率掺杂棒的外围；
[0011]第二、三、四、五高折射率掺杂棒的直径相等，所述第一高折射率掺杂棒直径大于第二、三、四、五高折射率掺杂棒直径；
[0012]所述第二高折射率掺杂棒、第三高折射率掺杂棒、第四高折射率掺杂棒、第五高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离逐渐增大；
[0013]所述第一高折射率掺杂棒区域构成模分复用器的中心纤芯，所述第二高折射率掺杂棒区域构成模分复用器的右侧旁芯，所述第三高折射率掺杂棒区域构成模分复用器的左侧旁芯，所述第四高折射率掺杂棒区域构成模分复用器的上侧旁芯，所述第五高折射率掺杂棒区域构成模分复用器的下侧旁芯，中心纤芯用作复用信号的输出纤芯，各旁芯用作模式调制信号的输入纤芯及传感检测纤芯。
[0014]进一步地，上述第一高折射率掺杂棒的直径r1为16μm；第二、三、四、五高折射率掺杂棒的直径r2均为7μm。
[0015]进一步地，上述第二高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离d1为16.5μm；第三高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离d2为18.5μm；第四高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离d3为20μm；第五高折射率掺杂棒与第一高折射率掺杂棒的几何中心的距离d4为29μm。
[0016]进一步地，上述第一高折射率掺杂棒的材料折射率n1为1.45485；所述第二高折射率掺杂棒的材料折射率n2为1.456442；所述第三高折射率掺杂棒的材料折射率n3为1.45230；所述第四高折射率掺杂棒的材料折射率n4为1.44918；所述第五高折射率掺杂棒的材料折射率n5为1.44680。
[0017]进一步地，上述基底材料为二氧化硅。
[0018]进一步地，上述上侧旁芯的几何中心与光纤侧抛面的垂直距离为8.5um，抛磨面金膜厚度为50um。
[0019]另外，本专利技术还提出一种上述基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0020]步骤1)：中心纤芯复用模式的选择
[0021]根据模截止条件确定上述中心纤芯为六模波导，并在中心纤芯可提供的六种传输模式中选择了LP
01
、LP
11
、LP
02
、LP
31
和LP
12
五个模式作为中心纤芯的待复用传输模，避免复用LP
21
与LP
02
模式产生串扰。
[0022]步骤2)：选取四个旁芯高折射率棒的掺杂浓度
[0023]在满足折射率匹配原理的首要前提下，使得通入上、下、左、右旁芯的LP
01
模式的光信号在保证良好的模式纯净度的条件下将逐步向中心纤芯耦合并分别转换为LP
31
、LP
12
、LP
02
、LP
11
模式的光信号；
[0024]步骤3)：计算光纤长度以及旁芯与中心纤芯芯间距
[0025]根据超模理论，通过有限元法分别计算得到中心纤芯与各旁芯的耦合长度随其芯间距的变化关系；
[0026]步骤4)：将选取的具有不同掺杂浓度的高折射率棒分别插入用激光打孔后的石英基底中，确保光纤长度以及各旁芯与中心纤芯的芯间距，然后放到拉丝塔上对其进行拉制来实现制作。
[0027]步骤5)：对制成的五芯光纤侧抛至其上侧旁芯的几何中心与光纤侧抛面的垂直距离为8.5um后，使用磁控溅射仪对其抛磨面进行金膜涂覆操作，涂覆金膜厚度设置为50um。利用上侧旁芯中传输的LP
01
模式光与抛磨面上所镀的金发生SPR反应，即可使该器件在实现模式复用的同时具备传感检测能力。
[0028]进一步地，上述步骤3)中，将各部分模式转换的耦合长度调制在同一个光纤长度下，即本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：包括基底材料(6)以及高折射率掺杂棒(7)；所述高折射率掺杂棒(7)位于基底材料(6)内；所述基底材料(6)进行D型化侧抛处理；所述高折射率掺杂棒(7)包括第一高折射率掺杂棒(1)、第二高折射率掺杂棒(2)、第三高折射率掺杂棒(3)、第四高折射率掺杂棒(4)、第五高折射率掺杂棒(5)；所述第一高折射率掺杂棒(1)位于基底材料(6)的中心位置，第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)按顺序依次分布在第一高折射率掺杂棒(1)的外围；第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)的直径相等，所述第一高折射率掺杂棒(1)直径大于第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)直径；所述第二高折射率掺杂棒(2)、第三高折射率掺杂棒(3)、第四高折射率掺杂棒(4)、第五高折射率掺杂棒(5)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离逐渐增大；所述第一高折射率掺杂棒(1)区域构成模分复用器的中心纤芯，所述第二高折射率掺杂棒(2)区域构成模分复用器的右侧旁芯，所述第三高折射率掺杂棒(3)区域构成模分复用器的左侧旁芯，所述第四高折射率掺杂棒(4)区域构成模分复用器的上侧旁芯，所述第五高折射率掺杂棒(5)区域构成模分复用器的下侧旁芯；中心纤芯用作复用信号的输出纤芯，各旁芯用作模式调制信号的输入纤芯及传感检测纤芯。2.根据权利要求1所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：所述第一高折射率掺杂棒(1)的直径r1为16μm。3.根据权利要求2所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：所述第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)的直径r2均为7μm。4.根据权利要求1所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：所述第二高折射率掺杂棒(2)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d1为16.5μm；第三高折射率掺杂棒(3)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d2为18.5μm。5.根据权利要求4所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：所述第四高折射率掺杂棒(4)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d3为20μm；第五高折射率掺杂棒(5)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d4为29μm。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器及D型传感器，其特征在于：所述第一高折射率掺杂棒(1)的材料折射率n1为1.45485；所述第二高折射率掺杂棒(2)的材料折射率n2为1.456442；所述第三高折射率掺杂棒(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建设，王晓凯，李曙光，卢辉斌，杜会静，韩颖，丁钰鑫，孟潇剑，郭英，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：