一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器制造技术

本发明专利技术属于光纤通信技术领域，涉及一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，包括基底材料和中心少模纤芯；中心少模纤芯内设有高折射率环；第一光纤段中分布用于向中心少模纤芯进行LP

【技术实现步骤摘要】
一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器


[0001]本专利技术属于光纤通信
，涉及一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器。

技术介绍

[0002]随着互联网以及5G移动通信的迅猛发展，全球信息数据大部分都是通过光网络进行高速传输的，同时人们对于数据传输速度的要求越来越高。需求不断增长的同时也给传统光纤通信系统带来了“带宽瓶颈”的困扰，传统的电缆传输已经不能满足人们对于高速数据传输的需求。光纤通信因为其具有高速率、大容量、低损耗等优势，成为了现代通信技术的主流。而在光通信系统中，模分复用是通过在光纤通信系统中增加一个新的复用维度，是大幅增加光纤通信的信道容量的最有前景的方法之一。同时模分复用技术又因其具有复用带宽范围广、传输距离远、系统可靠性高等优点，而越来越受到人们的关注。在光通信技术中，模分复用器的性能非常重要，它用于将多条光信号合并或分离，极大地简化了光信号传输系统。但是，传统的技术有许多局限性，如低效率、高噪声和高损耗等。为改善传统模分复用器的性能，通过将多个耦合器连接到一起以创造出一种新型的分段式耦合微结构光纤模分复用器模块，可以显著提高系统的性能。
[0003]目前全光纤模式转换器有基于长周期光纤光栅模式转换器、基于光子灯笼模式转换器、基于锥形光纤模式转换器、基于全光纤熔融拉锥结构模式转换器，这些方案实现模式转换的前提是破坏光纤波导结构(绝热拉锥、抛磨包层等)，从而导致这些方案存在着灵活性差、不可重构以及制作难度高等难点。
[0004]相较于分段式耦合模分复用器，级联型模式转换器适用于弱耦合模分复用系统，是由近似单模和少模波导组成的光耦合器，其中具有相同有效折射率的两个模式被耦合。但在实验室制备时因各种因素，会导致级联型模式转换器耦合效率低，且制作复用器体积大，移动不便，后期使用损坏率高。

技术实现思路

[0005]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微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其具有模式转换数量多、空间利用率高、插入损耗低以及通量高等优点。
[0006]本专利技术解决上述问题的技术方案是：一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其特殊之处在于：
[0007]模分复用器采用分段式设计，其包括第一光纤段与第二光纤段；
[0008]所述第一光纤段与第二光纤段均包括基底材料以及位于基底材料中的中心少模纤芯；
[0009]所述中心少模纤芯包括纤芯基底及位于纤芯基底内的高折射率环；
[0010]采用分段式设计，其包括第一光纤段与第二光纤段；
[0011]所述第一光纤段与第二光纤段均包括基底材料以及位于基底材料中的中心少模
纤芯；
[0012]所述中心少模纤芯包括纤芯基底及位于纤芯基底内的高折射率环；
[0013]所述第一光纤段中，中心少模纤芯外围由内到外分为第一层和第二层；第一层内分布若干根单模纤芯和少模纤芯，其中少模纤芯为过渡纤芯，第二层内分布若干根单模纤芯；
[0014]所述第二光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有若干根少模纤芯；
[0015]第一光纤段中第一层的单模纤芯输入LP
01
模式，分别向中心纤芯耦合出LP
01
模式、LP
21
模式和LP
02
模式；第二层的单模纤芯输入LP
01
模式，然后模式耦合到过渡纤芯转换为LP
11
模式，最终在第二段光纤中耦合到中心纤芯成为LP
11
模式、LP
12
模式、LP
31
模式；
[0016]第二光纤段中的少模纤芯用于向中心少模纤芯进行高阶模式转换。
[0017]进一步地，上述第一光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有：用于向中心少模纤芯进行LP
01
模式转换的第一单模纤芯、用于向中心少模纤芯进行LP
21
模式转换的第二单模纤芯、用于向中心少模纤芯进行LP
02
模式转换的第三单模纤芯、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第四单模纤芯、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第五单模纤芯、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第六单模纤芯、用于传输过渡模式LP
11
的第七少模纤芯、用于传输过渡模式LP
11
的第八少模纤芯和用于传输过渡模式LP
11
的第九少模纤芯；
[0018]所述第二光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有：用于向中心少模纤芯进行LP
11
模式转换的第十少模纤芯、用于向中心少模纤芯进行LP
12
模式转换的第十一少模纤芯和用于向中心少模纤芯进行LP
31
模式转换的第十二少模纤芯。
[0019]进一步地，上述第一单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第二单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第二单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第三单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第三单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第一单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
；第四单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第五单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第五单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第六单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第六单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第四单模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
；第七少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第八少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第八少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第九少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第九少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第七少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
；第十少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第十一少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第十一少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第十二少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第十二少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线与第十少模纤芯和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
。
[0020]进一步地，上述第一单模纤芯、第二单模纤芯、第三单模纤芯、第四单模纤芯、第五单模纤芯、第六单模纤芯、第七少模纤芯、第八少模纤芯、第九少模纤芯、第十少模纤芯、第十一少模纤芯和第十二少模纤芯的中心到中心少模纤芯的正中心之间的距离分别为：L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8、L9、L
10
、L
11
和L
12
，其中，L7＝L
10
，L8＝L
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其特征在于：采用分段式设计，其包括第一光纤段与第二光纤段；所述第一光纤段与第二光纤段均包括基底材料(1)以及位于基底材料(1)中的中心少模纤芯；所述中心少模纤芯包括纤芯基底(2)及位于纤芯基底(2)内的高折射率环(3)；所述第一光纤段中，中心少模纤芯外围由内到外分为第一层和第二层；第一层内分布若干根单模纤芯和少模纤芯，其中少模纤芯为过渡纤芯，第二层内分布若干根单模纤芯；所述第二光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有若干根少模纤芯；第一光纤段中第一层的单模纤芯输入LP
01
模式，分别向中心纤芯耦合出LP
01
模式、LP
21
模式和LP
02
模式；第二层的单模纤芯输入LP
01
模式，然后模式耦合到过渡纤芯转换为LP
11
模式，最终在第二段光纤中耦合到中心纤芯成为LP
11
模式、LP
12
模式和LP
31
模式；第二光纤段中的少模纤芯用于向中心少模纤芯进行高阶模式转换。2.根据权利要求1所述的一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其特征在于：所述第一光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有：用于向中心少模纤芯进行LP
01
模式转换的第一单模纤芯(4)、用于向中心少模纤芯进行LP
21
模式转换的第二单模纤芯(5)、用于向中心少模纤芯进行LP
02
模式转换的第三单模纤芯(6)、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第四单模纤芯(7)、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第五单模纤芯(9)、用于向外围少模纤芯进行LP
11
模式转换的第六单模纤芯(11)、用于传输过渡模式LP
11
的第七少模纤芯(8)、用于传输过渡模式LP
11
的第八少模纤芯(10)和用于传输过渡模式LP
11
的第九少模纤芯(12)。3.根据权利要求2所述的一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其特征在于：所述第二光纤段中，在中心少模纤芯外围分布有：用于向中心少模纤芯进行LP
11
模式转换的第十少模纤芯(13)、用于向中心少模纤芯进行LP
12
模式转换的第十一少模纤芯(14)和用于向中心少模纤芯进行LP
31
模式转换的第十二少模纤芯(15)。4.根据权利要求3所述的一种基于微结构光纤的分段耦合式模分复用器，其特征在于：所述第一单模纤芯(4)和中心少模纤芯的中心连线与第二单模纤芯(5)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第二单模纤芯(5)和中心少模纤芯的中心连线与第三单模纤芯(6)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第三单模纤芯(6)和中心少模纤芯的中心连线与第一单模纤芯(4)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
；第四单模纤芯(7)和中心少模纤芯的中心连线与第五单模纤芯(9)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第五单模纤芯(9)和中心少模纤芯的中心连线与第六单模纤芯(11)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第六单模纤芯(11)和中心少模纤芯的中心连线与第四单模纤芯(7)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
；第七少模纤芯(8)和中心少模纤芯的中心连线与第八少模纤芯(10)和中心少模纤芯的中心连线夹角为120
°
，第八少模纤芯(10)和中心少模纤芯的中心连线与第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建设，裴梦蕾，李曙光，王晓凯，丁钰鑫，郭英，赵原源，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：