一种光纤模式插分复用器制造技术

本发明专利技术公开一种光纤模式插分复用器，该插分复用器为一种多芯光纤，纤芯包括两个主体纤芯、若干辅助纤芯，其中所有纤芯的中心连线成一直线，辅助纤芯位于两个主体纤芯之间，所有相邻辅助纤芯的中心距离相同，所述辅助纤芯为单模光纤。待分离的多个复用模式从一个主体纤芯输入，其中一个模式从另一主体纤芯输出，其余模式仍从原主体纤芯输出。本发明专利技术通过引入辅助纤芯与主体纤芯特定模式的耦合，增大了不同模式之间的耦合长度差别，实现模式的有效分离，并有效抑制模式之间的混扰，可实现对少模光纤中传输的多个模式进行选择性地提取或插入特定模式的功能。?

【技术实现步骤摘要】
一种光纤模式插分复用器
本专利技术涉及光纤通信领域，具体分为具有实现光纤中模式的插入与分离功能的模式插分复用器。
技术介绍
光纤中的信号传输可通过多种方法提高单路光纤的信息传输容量，如时分复用、波分复用等技术。近年来，采用多芯光纤或多模光纤，通过不同的纤芯或同一光纤中不同的模式来实现传输不同信息的方法，即所谓的空分复用技术，引起了人们广泛的兴趣。空分复用系统中，每路信号载荷着不同的信息，且每路信号均可经时分复用、波分复用实现大容量通信。因此，模分复用可以成倍地提高光纤的传输容量。在波分复用系统中，需要在发送端将不同波长的信号光合成，也需要在接收端将不同波长的信号光分离。特别地，在全光网络中，需要实现下载通道中的通往本地的信号，同时上载本地用户发往另一节点用户的信号的光器件，即光插分复用器。光插分复用器使光纤通信网具有灵活性、选择性和透明性等优越功能。利用光插分复用器还能提高网络的可靠性，降低节点成本，提高网络运行效率，因此是组建全光网的关键技术之一。同样的，基于模式复用的空分复用系统(亦称模分复用系统)中，既需要将不同模式的信号光合成到一根光纤，也需要在接收端将不同的模式的信号光进行有效的分离。即在发送端需要模式合束器，而在接收端需要模式分离器。进一步地，为了实现信号的上传和下载，还需要有选择性地在信道中插入一路信号(模式)，以及有选择性地从信道中提取一路信号(模式)，即在模分复用系统中需要具有插入(上传)和分离(下载)模式功能的模式插分复用器。采用分立元件，如光栅可以实现模式的分离与合成，但增加了系统的复杂性，而且只能通过分离一提取单路信号一合成的方法实现插入信号的目的。由于环节多，相应的对信号的损耗也增大。基于光纤结构的模式分离器的最简单例子是采用对称结构的双芯光纤耦合器，利用不同模式耦合长度的不同，通过选择合适的参数就可以实现模式分离的目的。然而，对于传输两个以上模式的情形，双芯耦合器无法实现有选择性的分离模式。基于单模光纤与少模光纤耦合的双芯光纤同样也可作为模式分离器使用，但难以避免不同模式之间的耦合【办1.Fiber Techno 1., 2011, 17(5): 490-494】。采用多芯光纤可以实现多种模式的复用与分离，其缺点是采用了由4个介质柱组成的纤芯，其模场变形比较严重【办?.Express, 2010, 18(5): 4709-4716】,且这种器件仍属于模式复用/解复用器而非模式插分复用器。采用波导结构，也可实现模式插分复用，但结构相对复杂【办1.Express, 2013,21(15): 17904-17911, Opt.Express, 2013, 21 (17): 20220-20229】。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术的目的是提供一种具有宽带工作特性且能够实现选择性插入或分离特定模式的光纤模式插分复用器。本专利技术的技术方案为 :一种光纤模式插分复用器，由多芯光纤组成，所述多芯光纤的纤芯由两个主体纤芯、若干辅助纤芯组成，所述主体纤芯和辅助纤芯的中心在一条直线上，所述辅助纤芯位于两个主体纤芯之间，且相邻辅助纤芯的中心距离相同；所述两个主体纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述主体纤芯归一化频率K1满足^>3.832，Fl=今如K ,其中aI为主体纤芯的半径，A为工作波长为主体纤芯的折射率，^clad为包层折射率；所述辅助纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述辅助纤芯归一化频率K2满足K =〈2.405，其中，为辅助纤芯的半径，/?。_2为辅助纤芯的折射率；所述辅助纤芯为单模光纤，所述辅助纤芯的数量N满足N >2。待分离的多个复用模式从一个主体纤芯输入，其中一个模式从另一主体纤芯输出，其余模式仍从原主体纤芯输出。作为本专利技术的进一步改进，所述辅助纤芯的基模有效折射率与所述主体纤芯中待分离的模式的有效折射率nrffl之差满足I η_- neffl |〈0.001。 所述主体纤芯的待分离模式与相邻所述辅助纤芯的基模之间的耦合长度为L1，两相邻所述辅助纤芯的基模之间的耦合长度为L2，则L1和L2之间应满足= IL1-L2I/(L^L2) <0.15。本专利技术的技术效果为:采用简单的光纤结构，实现对高阶模的强选择性耦合，实现分离特定模式的目的。通过引入辅助纤芯，增加选择性耦合的效果，并有效增强拟分离或合成模式的耦合效率，减小其耦合长度，从而增大其它模式与该模式的耦合长度差别，实现高效、低串扰的耦合。【附图说明】图1为本专利技术的一种实施例的横截面示意图； 图2为由两主体纤芯组成的双芯光纤结构中，光从一侧纤芯输入时，另一侧纤芯中不同模式沿传播方向的能量变化曲线； 图3为图1所示的光纤中两主体纤芯中LP11模的能量变化曲线，其中辅助纤芯的基模与主体纤芯的LP11模匹配。光从左侧主体纤芯输入。主体纤芯与辅助纤芯的中心距离为:(a)17 μ m, (b) 18 μ m。图4为图1所示结构用于分离LP11模时的结果。其中，光从左侧主体纤芯输入，图中给出两主体纤芯的输出能量随波长变化曲线。其中，(a)输入为LP11模，(b)输入为LPtl2模； 图5为本专利技术的另一种实施例的横截面示意图； 图6为图5所示结构用于分离LPtl2模时，两主体纤芯中输出能量随波长变化曲线，光从左侧主体纤芯输入，其中:(a)右侧主体纤芯输出能量曲线，(b)左侧主体纤芯输出能量曲线； 其中，I为基质材料，2为主体纤芯，3为辅助纤芯。【具体实施方式】图1所示为本专利技术光纤的横截面示意。将包含多个模式的复用光从一个主体纤芯输入后，与辅助纤芯的基模有效折射率匹配的模式将通过辅助纤芯的耦合，被转移到另一个主体纤芯输出，而其它模式从原主体纤芯输出。若辅助纤芯不存在，则此时为对称的双芯光纤，基模与高阶模都能够发生耦合，且一般模式阶次越高，其耦合长度越短。图2给出双芯光纤中不同模式沿传播方向的能量变化曲线。由图可见，光纤基模耦合长度最长，而模式阶次越高，其耦合长度越短，如LPtl2模的耦合长度长于LP11模。阶次高的模式更容易耦合，因此耦合长度更短的原因是:阶次越高的模式其模场分布越向包层扩展，由光纤理论，模式之间的重叠区域越大，其耦合系数越大，因此，其耦合长度也就越短。辅助纤芯应满足单模传输条件。这是因为若辅助纤芯可以传输高阶模，则辅助纤芯的高阶模容易与主体纤芯的模式发生耦合，从而导致不需要分离的模式也被耦合到辅助纤芯或从另一主体纤芯(下载端)输出，增大了模式损耗和串扰。如前所述，模式插分复用器可分离主体纤芯中传输的其中一个模式，此模式即为待分离模式。则为了实现分离这个模式，要求其它模式的耦合长度都应足够长，从而取光纤长度为待分离模式的耦合长度，即可实现将这个模式耦合到另一主体纤芯，而其它模式仍保留在原主体纤芯的目的。为此，要求辅助纤芯的基模有效折射率与主体纤芯中待分离模式的有效折射率nrffl之差满足I IWftl- neffl|<0.0Ol0从而由耦合理论，两种模式可以形成有效的耦合。其耦合长度可由下式得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤模式插分复用器，由多芯光纤组成，其特征在于：所述多芯光纤的纤芯由两个主体纤芯、若干辅助纤芯组成，所述主体纤芯和辅助纤芯的中心在一条直线上，所述辅助纤芯位于两个主体纤芯之间，且相邻辅助纤芯的中心距离相同；所述两个主体纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述主体纤芯归一化频率V1满足V1>3.832，????????????????????????????????????????????????，其中a1为主体纤芯的半径，λ为工作波长，ncore1为主体纤芯的折射率，nclad为包层折射率；所述辅助纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述辅助纤芯归一化频率V2满足?<2.405，其中，a2为辅助纤芯的半径，ncore2为辅助纤芯的折射率；所述辅助纤芯为单模光纤，所述辅助纤芯的数量N满足N≥2。651821dest_path_image001.jpg,2013106927115100001dest_path_image002.jpg

【技术特征摘要】
1.一种光纤模式插分复用器，由多芯光纤组成，其特征在于:所述多芯光纤的纤芯由两个主体纤芯、若干辅助纤芯组成，所述主体纤芯和辅助纤芯的中心在一条直线上，所述辅助纤芯位于两个主体纤芯之间，且相邻辅助纤芯的中心距离相同；所述两个主体纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述主体纤芯归一化频率K1满足?^>3.832，V1,其中ai为主体纤芯的半径，』为工作波长，为主体纤芯的折射率，^clad为包层折射率；所述辅助纤芯的折射率分布、纤芯直径相同，所述辅助纤芯归一化频率V2满足V2 = Jriae2 -nM <2.405，其中，a2为辅助纤芯的半径，ncme2为辅助纤芯的折射率...

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