一种大模场光纤传输系统技术方案

本发明专利技术公开一种大模场光纤传输系统，该结构系统包括主体光纤和分别连接于所述主体光纤两端的第一辅助光纤和第二辅助光纤，所述主体光纤和第一辅助光纤及第二辅助光纤均为光子晶体光纤；所述三种光纤的包层由基质材料（1）和排布在规则网格上的孔（2）所组成，纤芯（3）由规则网格中缺失的一个孔所形成。孔（2）中填充折射率低于基质材料的固体材料。所述主体光纤为多模光纤，第一辅助光纤和第二辅助光纤为单模光纤。该结构传输系统能够实现大模场、低连接损耗、低弯曲损耗单模传输的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤通信领域，尤其涉及大模场、低连接损耗、低弯曲损耗传输的新型结构光纤。
技术介绍
在高功率光纤激光器、放大器等应用发展中，非线性效应和光纤损伤等成为制约功率提高的重要因素，而大模场光纤的单模传输能有效的克服这些不利因素，因此现在光纤技术的主要发展趋势之一是能够实现各种应用的大模场单模传输的光纤。传统方法中，常采用阶跃折射率光纤来实现大模场单模光纤，但其最小的弯曲半径较大，少量的高阶模仍然存在其中。同时为了保持光纤的单模传输，将尽量减小纤芯和包层的折射率差。由于现有工艺的限制，纤芯和包层的折射率差无法做到很小，并且随着纤芯和包层的折射率差的减小，光纤的弯曲损耗将增大，使光纤的应用性能降低。 光子晶体光纤能够实现持久的单模传输，因此，可采用光子晶体光纤的结构来实现大模场单模传输。然而，由于光子晶体光纤是以降低纤芯和包层的折射率差为代价来增大纤芯直径，因此，轻微的弯曲和扰动将可能使光无法在光纤中传输。研究人员提出了一种基于六个空气孔环绕纤芯的大模场光纤，这种结构采用光纤中高阶模损耗较高而光纤基模损耗较低的特点，同时通过将光纤弯曲的方法，进一步增大光纤基模与高阶模的损耗差，从而有效地去除高阶模。但这种光纤的基模损耗一般也较大，高阶模损耗又很难提高。因此，其使用还存在局限性。还有人提出了一种两层空气孔环围绕纤芯的大模场光纤结构,其基本思想是通过一定参数的设定，将光纤中的高阶模共振耦合到两层空气孔之间的一个环形区域内，同时将光纤中的基模锁定在纤芯中传输，通过这样的方法来保证其单模传输的特性，但是光纤中的高阶模只是在一个特定的波长范围内损耗才比较明显，也只有在这样的波长范围内，才能将高阶模共振耦合到两层空气孔之间。这种方法不但难以操作，而且也并不能保证高阶模完全稳定的被控制在两层空气孔间，同时基模又不会有损耗。专利“一种大模场光纤(200410011158. 5) ”公开了采用非对称多包层环形纤芯的光纤结构，来实现光纤的低损耗单模输出，但其结构复杂，不利于制作，同时也并未解决光纤的弯曲损耗的问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种实现低弯曲损耗、低连接损耗、单模输出的大模场传输方法。本专利技术的技术方案为一种大模场光纤传输系统，包括主体光纤和分别连接于所述主体光纤两端的第一辅助光纤和第二辅助光纤，所述主体光纤和第一辅助光纤及第二辅助光纤均为光子晶体光纤；所述三种光纤的包层由基质材料和排布在规则网格上的孔所组成,纤芯由规则网格中缺失的一个孔所形成,孔中填充折射率低于基质材料的固体材料；主体光纤的归一化孔直径d/Λ满足d/A >0. 75 ;第一辅助光纤的归一化直径Cl1/A1和第二辅助光纤的归一化直径(12/A2满足=Cl1ZA1 > O. 36和d2/A2 > O. 36，且有Cl1M1 < O. 406和 d2/A2 < O. 406。所述主体光纤、第一辅助光纤和第二辅助光纤的孔直径、孔折射率和孔周期分别用 d, (I1, d2, nh, nhl, nh2, Λ，A1, A2 表示,其归一化孔直径分别用 d/ A , (I1/ A1, d2/ A2 表示。所述主体光纤、第一辅助光纤和第二辅助光纤的基质材料相同，其折射率用η。表示。第一辅助光纤和第二辅助光纤、主体光纤的纤芯的等效直径Dp D2、D分别为=D1=O-(I1ZiA1) A1,D2= (2-d2/ A2) A2, D= (2-d/Λ) Λ。 作为本专利技术的进一步改进，三种光纤的纤芯等效直径之间满足丨OM^ZDl<20%且IOJ2JJyDl<10%。当光是双向传输时，第一辅助光纤和第二辅助光纤的纤芯等效直径之间满足和。基质材料的折射率η。与所述主体光纤、第一辅助光纤和第二辅助光纤的孔折射率Hj1J Hj1I，Hh2 Hc-Ilj1J Ilc- Hj1I，Hc- Hh2，土勾丁·. O. OOlo作为本专利技术的进一步改进，主体光纤、第一辅助光纤和第二辅助光纤之间相互连接时，其横向偏移量小于3 μ m。同时,第一辅助光纤和第二辅助光纤的长度L都满足L ^ 100mm。本专利技术的技术效果为主体光纤为多模大模场光纤，可有效的降低光纤基模的弯曲损耗。第一辅助光纤和第二辅助光纤为单模光子晶体光纤，利用光子晶体光纤可以实现大模场面积单模传输的特点，起到有效的抑制高阶模产生的作用。由于光纤结构匹配，更容易实现低损耗连接。本专利技术通过在多模光子晶体光纤两端各接一个单模光子晶体光纤的方法，实现了单模传输的目的，同时整个系统实现大模场传输，多模光子晶体光纤还具有低弯曲损耗、低连接损耗等优点。光纤结构简单，容易制作。附图说明图I为主体光纤的横截面示意 图2为不同的孔直径时，主体光纤的弯曲损耗随弯曲半径的变化曲线； 图3为主体光纤的归一化直径d/A=O. 85时，光从第一辅助光纤进入主体光纤时，其基模的连接损耗随第一辅助光纤的孔周期的变化曲线； 图4为主体光纤的归一化直径d/Λ=0. 85时，光从主体光纤进入第二辅助光纤时，其基模的连接损耗随第一辅助光纤的孔周期的变化曲线； 图5为主体光纤的归一化直径d/A=0. 85时，主体光纤的高阶模与辅助光纤的基模之间的连接损耗随横向偏移的变化曲线；其中1-基质材料；2-孔；3-纤芯。具体实施例方式本专利技术所述的大模场光纤传输系统，包括主体光纤和分别连接于主体光纤两端的第一辅助光纤和第二辅助光纤。主体光纤和第一辅助光纤及第二辅助光纤均为光子晶体光纤；三种光纤的包层由基质材料I和排布在规则网格上的孔2所组成，纤芯3由规则网格中缺失的一个孔所形成，孔中填充折射率低于基质材料的固体材料；主体光纤采用大孔，为多模传输；第一辅助光纤和第二辅助光纤采用小孔组成，为单模传输。图I为光纤中孔排布的一种例子，图中孔排布在正三角形网格中，纤芯由中心缺失的一个孔所形成。三种光纤中的孔均采用固体材料进行填充，而不采用空气孔，这样通过成熟的熔接法可将主体光纤和辅助光纤连接起来，使整个系统的结构更加稳定牢固。在这个系统中，为了减小光纤基模的弯曲损耗，使主体光纤可以在弯曲时使用，我们用多模光纤作为主体光纤。即利用多模光纤的纤芯与包层折射率差大的特点，提高光纤的抗弯曲性能。主体光纤两端连接与之匹配的单模光纤，从而避免了高阶模在多模光纤中的产生，以及高阶模被输出。即输入端为第一辅助光纤，为一根单模光纤，其只输出基模模场，其基模模场与主体光纤的基模相似，而与主体光纤的高阶模具有正交性，因而可以高效地转化为主体光纤的基模，而不容易激发出主体光纤的高阶模，从而抑制了高阶模在主体光纤中的产生。由于输出端也连接了一根单模光纤，即第二辅助光纤，因此，主体光纤中存在的高阶模(如果有的话)，将无法在单模光纤中传输，从而被滤除，而第二辅助光纤的基模同样与主体光纤的基模匹配，从而可以实现高效地将主体光纤的基模耦合进第二辅助光纤。由图2可见，当光子晶体光纤的孔直径较大时，其弯曲损耗就可以较低。因此，一般要求主体光纤的归一化直径d/Λ需要满足d/A > O. 75。由光子晶体光纤的基本理论可知，当光子晶体光纤的包层由相同尺寸的孔排布在三角网格上组成、而纤芯由中心缺失的一个孔所形成(即纤芯尺寸较小时)，只要归一化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大模场光纤传输系统，其特征在于：由主体光纤和分别连接于所述主体光纤两端的第一辅助光纤和第二辅助光纤所组成，所述主体光纤和第一辅助光纤及第二辅助光纤均为光子晶体光纤；所述三种光纤的包层由基质材料（1）和排布在规则网格上的孔（2）所组成，纤芯（3）由规则网格中缺失的一个孔所形成；孔（2）中填充折射率低于基质材料的固体材料；主体光纤的归一化孔直径d/Λ满足：d/Λ＞0.75；第一辅助光纤的归一化直径d1/Λ1和第二辅助光纤的归一化直径d2/Λ2满足：0.406＞d1/Λ1＞0.36和0.406＞d2/Λ2＞0.36；？？？？？其中主体光纤、第一辅助光纤和第二辅助光纤的孔直径、孔周期分别用d，d1，d2，Λ，Λ1，Λ2表示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明阳，张银，许孝芳，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：