一種基于雙芯光纖的長(zhǎng)周期光纖光柵模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及少模光纖通信領(lǐng)域，尤其是一種基于雙芯光纖的長(zhǎng)周期光纖光柵模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人們對(duì)信息需求的日益增長(zhǎng)，由于單模光纖自身固有的非線性效應(yīng)限制，其傳輸能量已達(dá)到極限。減少非線性，最直接的途徑就是增加纖芯的直徑，增大有效面積，然而當(dāng)纖芯增大到一定程度時(shí)，光纖也將支持高階模的傳輸，即為一種少模光纖。目前少模光纖通信技術(shù)主要分為兩類。另一種是采用模分復(fù)用技術(shù)增加系統(tǒng)容量，即以少模光纖中的不同模式傳輸不同的信息的方法成為其中的一種方案。少模光纖支持的模式數(shù)大于單模光纖，但小于傳統(tǒng)多模光纖，這使得其既能提供若干可供復(fù)用的穩(wěn)定信道，又不至于引起大的模式色散。因此，少模光纖近年來得到了迅猛發(fā)展。另一種使少模光纖工作在單模狀態(tài)，借助少模光纖的模場(chǎng)面積更大的優(yōu)點(diǎn)，以減少光纖的非線性效應(yīng)。
[0003]在少模光纖中實(shí)現(xiàn)單模傳輸最重要是單模激發(fā)和傳輸過稱中的無模式串?dāng)_。由于模場(chǎng)面積及模場(chǎng)分布與單模光纖存在較大差異，少模光纖中基模雖然可以通過直接與單模光纖相連的方法實(shí)現(xiàn)，但是這樣會(huì)帶來諸如差分模式色散和較大的插入損耗等問題。
[0004]人們已經(jīng)研究了基于雙芯光纖的長(zhǎng)周期光纖光柵的耦合特性，也提出了在雙芯光纖的一個(gè)纖芯中寫入光纖布拉格光柵，通過前向傳輸模式的耦合實(shí)現(xiàn)波長(zhǎng)選擇功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上不足，本發(fā)明的目的是提出一種損耗低、體積小、穩(wěn)定性好、工作帶寬大及可靠性高的基于雙芯光纖的長(zhǎng)周期光纖光柵模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的的。
[0007]一種基于雙芯光纖的長(zhǎng)周期光纖光柵模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括纖芯1、纖芯II和包層，纖芯1、纖芯II包裹于所述包層內(nèi)，組成雙芯光纖；所述纖芯I在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)均為單模傳輸，即纖芯I的歸一化頻率滿足V1〈2.405 ;纖芯II在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)均為非單模傳輸，即纖芯II的歸一化頻率滿足V11 >2.405 ;在所述纖芯II寫入長(zhǎng)周期光纖光柵，長(zhǎng)周期光纖光柵的周期滿足Λ = λο/(ηπ (Ao)-H1 (AJ)，其中Aci為光柵的中心波長(zhǎng)，H1 (λο)為纖芯I中基模的有效折射率，ηπ (λο)為纖芯II中基模的有效折射率；長(zhǎng)周期光纖光柵的長(zhǎng)度L取為單模傳輸與非單模傳輸?shù)鸟詈祥L(zhǎng)度，所述雙芯光纖的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)周期光纖光柵的長(zhǎng)度。
[0008]進(jìn)一步地，所述纖芯I中心和纖芯II中心之間的距離d滿足:6((1-(1^+1^)/2(13 μ m，其中，MjP M11分別為纖芯I和纖芯II基模的模場(chǎng)直徑。
[0009]進(jìn)一步地，所述雙芯光纖在長(zhǎng)周期光纖光柵的中心波長(zhǎng)λ^處，纖芯II中的基模有效折射率nn eff ( λ。)和纖芯I中的基模有效折射率η! eff ( λ。)之差滿足:0.0015<nn eff (入o)-nieff (λο)<0.004ο
[0010]進(jìn)一步地，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的周期范圍為385〈 Λ〈1035 μ m。
[0011]進(jìn)一步地，所述長(zhǎng)周期光纖光柵的調(diào)制深度δ滿足:0.001< δ〈0.003。
[0012]光從所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器一端的纖芯I輸入，其中纖芯I中的基模將與纖芯II中的基模發(fā)生耦合，并從另一端的纖芯II輸出，以實(shí)現(xiàn)將纖芯I的基模轉(zhuǎn)換為纖芯II的基模，達(dá)到模場(chǎng)轉(zhuǎn)換的目的。所述轉(zhuǎn)換器亦可反向傳輸，即光從纖芯II進(jìn)入，從纖芯I輸出。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)效果:本發(fā)明采用兩個(gè)不同傳輸方式的纖芯并在其中一個(gè)纖芯設(shè)置長(zhǎng)周期光纖光柵的方法，實(shí)現(xiàn)兩纖芯基模的耦合。由于耦合發(fā)生纖芯I和纖芯II之間，纖芯I和纖芯II的直徑和折射率均可以實(shí)現(xiàn)靈活的調(diào)整，從而減小不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光柵理想周期之間的差別，實(shí)現(xiàn)寬帶模式轉(zhuǎn)換。且強(qiáng)耦合只發(fā)生在存在光柵的區(qū)域，避免了雙芯光纖耦合對(duì)光纖長(zhǎng)度存在嚴(yán)格要求的困難。本發(fā)明可以運(yùn)用于單模工作的少模光纖通信系統(tǒng)中，確保模式激發(fā)和分離的純度，并且確保在傳輸過程中具有較低的損耗和模式串?dāng)_。
【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)圖。
[0015]圖2為光柵周期隨波長(zhǎng)的關(guān)系圖。
[0016]圖3為纖芯I和纖芯II的間距d = 22 μ m時(shí)，波長(zhǎng)為1.55 μ m的傳輸光在耦合區(qū)的能量與傳輸距離的關(guān)系圖。
[0017]圖4為纖芯I和纖芯II的間距d = 22 μ m時(shí)，歸一化輸出能量與波長(zhǎng)的關(guān)系圖。
[0018]圖5為纖芯I和纖芯II的間距d = 21 μ m時(shí)，波長(zhǎng)為1.55 μ m的傳輸光在耦合區(qū)的能量與傳輸距離的關(guān)系圖。
[0019]圖6為纖芯I和纖芯II的間距d = 24 μ m時(shí)，波長(zhǎng)為1.55 μ m的傳輸光在耦合區(qū)的能量與傳輸距離的關(guān)系圖。
[0020]圖7為纖芯I和纖芯II的間距d = 24 μ m時(shí)，歸一化輸出能量與波長(zhǎng)的關(guān)系圖。
[0021]圖8為纖芯I與纖芯II直接連接時(shí)的連接損耗隨波長(zhǎng)變化曲線，其中傳輸光從纖芯I進(jìn)入，從纖芯II輸出。
[0022]圖中:1_纖芯I，2-纖芯II，3-包層，4-長(zhǎng)周期光纖光柵。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖以及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于此。
[0024]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的是小模場(chǎng)和大模場(chǎng)光纖之間的模場(chǎng)轉(zhuǎn)換，如圖1所示，本發(fā)明所述的模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器，采用雙芯光纖，所述雙芯光纖包括纖芯I 1、纖芯II 2和包層3，纖芯I 1、纖芯II 2包裹于所述包層3內(nèi)。所述纖芯I在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)均為單模傳輸，即纖芯I I的歸一化頻率滿MV1〈2.405 ;纖芯II在工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)均為非單模傳輸，即纖芯II 2的歸一化頻率滿足V11 >2.405。在纖芯II 2寫入一段長(zhǎng)周期光纖光柵4，長(zhǎng)周期光纖光柵4使所述纖芯I I中基模LPm)與纖芯II 2中基模(LPm)發(fā)生耦合。按長(zhǎng)周期光纖光柵4匹配條件，所述光柵4的周期滿足Λ = λο/(ηπ (Ao)-H1 UJ)，其中λ ^為所述光柵4的中心波長(zhǎng)，H1 (λο)為纖芯I I中基模的有效折射率，ηπ (λο)為纖芯II 2中基模的有效折射率。由光柵4理論，滿足相位匹配條件的兩個(gè)模式將發(fā)生能量耦合，即所述光柵4能實(shí)現(xiàn)纖芯I I中基模與纖芯II 2中基模之間的轉(zhuǎn)換。纖芯II能傳輸高階模，其目的是通過放寬對(duì)纖芯II單模傳輸?shù)囊?，增大其纖芯直徑，從而增大其基模的模場(chǎng)面積。更重要的，纖芯II中基模的有效折射率可以與纖芯I的基模有效折射率相差103以上，從而有效避免兩者的基模在無光柵4情況時(shí)的耦合而導(dǎo)致器件性能的不穩(wěn)定。同時(shí)，由于兩纖芯基模的有效折射率之差決定了光柵4的周期值，因此，可以將光柵4的周期選擇在適合制備同時(shí)又能保證光柵4傳輸穩(wěn)定性的參數(shù)值范圍內(nèi)，常規(guī)長(zhǎng)周期光纖光柵的周期值一般在100-1500 μ m之間。
[0025]在實(shí)際使用中，所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器一段的纖芯I I與小模場(chǎng)光纖(即單模光纖)連接，另一端的纖芯II 2與大模場(chǎng)光纖(即少模光纖)連接，單模光纖中的LPm模進(jìn)入所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器后，在纖芯I I中傳輸，經(jīng)所述光柵4時(shí)，纖芯I I的基模與纖芯II 2的基模耦合，從而將纖芯I I的LPm模轉(zhuǎn)換為纖芯II 2的LP。灌，再由纖芯II 2輸出到少模光纖。為確保纖芯I I中^^模與纖芯II 2中LP M模之間能量的完全轉(zhuǎn)換，要求所述光柵4長(zhǎng)度L取為兩模式的耦合長(zhǎng)度，光柵4長(zhǎng)度小于雙芯光纖的長(zhǎng)度，即所述雙芯光纖的長(zhǎng)度大于長(zhǎng)周期光纖光柵4的長(zhǎng)度。
[0026]同理，若光從纖芯II輸入，將從纖芯I輸出，所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器也能夠?qū)⒋竽?chǎng)轉(zhuǎn)換為小模場(chǎng)。此時(shí)，少模光纖中的LPm模進(jìn)入所述模場(chǎng)轉(zhuǎn)換器后，在纖芯II 2中傳輸，經(jīng)所述光柵4時(shí)，纖芯II 2的基模與纖芯I I的基模耦合，從而將纖芯II 2的^^模將轉(zhuǎn)換為纖芯
II中LP。^，再由纖芯I I輸出到單模光纖。
[0027]根據(jù)耦合理論，所述雙芯光纖，若其中一個(gè)纖芯的一個(gè)模式與另一個(gè)纖芯的一個(gè)模式的有效折射率在某波長(zhǎng)處相等，則兩模式相位匹配，因而，兩個(gè)模式可以在兩個(gè)纖芯之間相互轉(zhuǎn)換，其耦合長(zhǎng)度，即能量從一個(gè)纖芯完全轉(zhuǎn)移到另一個(gè)纖芯所需的傳輸距離，與兩纖芯的距離有關(guān)。即使兩個(gè)模式的有效折射率不同，若兩纖芯距離足夠近，則兩個(gè)模式也可能會(huì)發(fā)生部分耦合。如前所述，本發(fā)明的雙芯光纖的耦合主要發(fā)生在光柵4部分，在其它位置的耦合應(yīng)盡量避免，這樣，對(duì)雙芯光纖的長(zhǎng)度沒有嚴(yán)格的要求，從而有效降低器件制備的困難。為此，要求纖芯I I與纖芯II 2之間有足夠的距離，以避免在無光柵4情況下纖芯
II與纖芯II 2模式間的耦合。另一方面，若纖芯I I與纖芯II 2之間的距離太遠(yuǎn)，會(huì)影響光柵4存在時(shí)，纖芯之間模式耦合的效率。由于兩波導(dǎo)間基模的耦合特性與兩個(gè)模式間模場(chǎng)的重疊區(qū)密切相關(guān)，而兩波導(dǎo)的距離變化將直接影響其重疊區(qū)域的大小，而模場(chǎng)直徑反映了光纖基模的模場(chǎng)分布，也間接地反映出兩波導(dǎo)中基模的重疊情況。因此，要求纖芯I I中心和纖芯II 2中心之間的間距d滿足μ m，其中，MjP M11分別為纖芯I和纖芯II基模的模場(chǎng)直徑。
[0028]雙芯光纖