一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，包括由硅基液晶、法拉第旋光器和偏振分束器構(gòu)成的可編程光線模式選擇性激勵(lì)與復(fù)用系統(tǒng)；可在對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)零損傷的條件下，實(shí)現(xiàn)光纖模式的高隔離度選擇性激勵(lì)、6個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用及解復(fù)用。本發(fā)明利用一塊硅基液晶同時(shí)實(shí)現(xiàn)包括偏振態(tài)在內(nèi)的四種偏振和空間模式的選擇性激勵(lì)，與具有偏振復(fù)用信號(hào)的基模光場(chǎng)同時(shí)耦合進(jìn)少模光纖，從而實(shí)現(xiàn)了6個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光通信領(lǐng)域，涉及一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置。【背景技術(shù)】
[0002]模式復(fù)用技術(shù)是利用光纖中光場(chǎng)分布的空間維度，利用多種模式分別傳輸不同信息，從而達(dá)到提高光纖通信系統(tǒng)容量的目的；同時(shí)由于增大了光纖纖芯的有效面積，一定程度上減弱了光纖非線性對(duì)光信號(hào)的損傷，而限制這一技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵在于精確的模式選擇性激勵(lì)與耦合方案。
[0003]經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和專(zhuān)利檢索，目前文獻(xiàn)中提到的基于液晶的模式復(fù)用裝置復(fù)用的模式少，液晶利用效率不高，系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜；目前還沒(méi)有提出液晶利用效率高、復(fù)用模式數(shù)目多(>4)的模式復(fù)用/解復(fù)用器的專(zhuān)利。文獻(xiàn)中提到的其他模式激勵(lì)方案，如基于長(zhǎng)周期光纖光柵的模式激勵(lì)、基于偏心注入的模式激勵(lì)等，總是受限于模式選擇性激勵(lì)的精確度、靈活度、工作波長(zhǎng)范圍和可實(shí)現(xiàn)程度。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中提出了一種基于多模干涉(MMI)的模式激勵(lì)與耦合方案，其利用“單模光纖-多模光纖-單模光纖”的連接而產(chǎn)生的多模干涉來(lái)實(shí)現(xiàn)模式激勵(lì)，這種方案的問(wèn)題在于所能激勵(lì)的模式只能是一些低階模，而且受限于工作的波長(zhǎng)，同時(shí)所激勵(lì)模式的精確度受到環(huán)境因素的影響，實(shí)用性不強(qiáng)。還提出了多芯光纖到少模光纖的模式耦合方案，這種方法雖然是全光纖結(jié)構(gòu)，但插入損耗大，模間干涉和模間串?dāng)_大，而且不適用于激勵(lì)模場(chǎng)分布較為復(fù)雜的模式，也不適用于模場(chǎng)分布為圓環(huán)形的模式，如LPtlm模式。此外,還有文獻(xiàn)提到利用長(zhǎng)周期光纖光柵的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)模式的選擇性激勵(lì)，這種方法的缺點(diǎn)是光柵刻寫(xiě)復(fù)雜，受溫度影響較大，而且工作波長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)范圍很窄，這對(duì)于波分復(fù)用和模分復(fù)用相結(jié)合的場(chǎng)合不適用。
[0005]本發(fā)明方案中的硅基液晶是偏振敏感器件，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)偏振復(fù)用和模式復(fù)用的結(jié)合，而且對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)的損傷小，所需要的液晶數(shù)量和法拉第旋光器數(shù)量少，復(fù)用的模式數(shù)量多(6個(gè)空間和偏振模式)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，可在對(duì)偏振復(fù)用信號(hào)零損傷的條件下，實(shí)現(xiàn)光纖模式的高隔離度選擇性激勵(lì)、6個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用及解復(fù)用。
[0007]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，包括由硅基液晶、法拉第旋光器和偏振分束器構(gòu)成的可編程光線模式選擇性激勵(lì)與復(fù)用系統(tǒng)；
[0008]該系統(tǒng)的第一、第二保偏光纖分別發(fā)出第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光，第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光分別經(jīng)過(guò)第一、第二準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直后，通過(guò)第一、第二直角棱鏡將第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光的光路轉(zhuǎn)折，將兩路攜帶偏振復(fù)用信息的光控制于同一豎直平面內(nèi)形成準(zhǔn)直光束；
[0009]準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)偏振分束器,形成第一、第二正交偏振態(tài)的光束，第一正交偏振態(tài)的光束依次通過(guò)第三、第四直角棱鏡平行的移動(dòng)光束路線后，第一正交偏振態(tài)的光束通過(guò)法拉第旋光器以及第一二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入娃基液晶右端；第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)第二二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，通過(guò)第五直角棱鏡轉(zhuǎn)折所述第二正交偏振態(tài)的光束，所述第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)所述法拉第旋光器以及第一二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入娃基液晶左端；娃基液晶的左右兩端分別對(duì)兩個(gè)正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行調(diào)制；
[0010]調(diào)制后的兩路正交偏振態(tài)的光束，再由原路返回至偏振分束器進(jìn)行合束形成調(diào)制光束；第三保偏光纖發(fā)出基模光束，基模光束經(jīng)過(guò)第三準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直；調(diào)制光束于基模光束通過(guò)合束器進(jìn)行合束形成復(fù)用光束，復(fù)用光束通過(guò)第四準(zhǔn)直透鏡組進(jìn)入少模光纖。
[0011]本發(fā)明進(jìn)一步限定的技術(shù)方案是:
[0012]所有準(zhǔn)直透鏡組均由兩個(gè)型號(hào)不同的雙凸球面透鏡組成。
[0013]硅基液晶進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)控制液晶像素的電壓調(diào)整相位調(diào)制模板。
[0014]通過(guò)法拉第旋光器和硅基液晶組合對(duì)所述第一、第二正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行空間光調(diào)制。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016]本發(fā)明利用一塊硅基液晶同時(shí)實(shí)現(xiàn)包括偏振態(tài)在內(nèi)的四種偏振和空間模式的選擇性激勵(lì)，與具有偏振復(fù)用信號(hào)的基模光場(chǎng)同時(shí)稱(chēng)合盡少模光纖，從而實(shí)現(xiàn)了 6個(gè)空間和偏振模式的復(fù)用。
[0017]本發(fā)明的器件進(jìn)行光的逆向傳輸，可以實(shí)現(xiàn)模式的解復(fù)用。
[0018]本發(fā)明復(fù)用的模式數(shù)目多，節(jié)約成本，集成度高，體積??；由于利用的是硅基液晶對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行相位調(diào)制，不改變光場(chǎng)的偏振特性，故激勵(lì)的高階光場(chǎng)模式隔離度很高，而且由于液晶每個(gè)像素的電壓可以通過(guò)編程進(jìn)行控制，故可以實(shí)現(xiàn)任意高階模式的激勵(lì)；同時(shí)，通過(guò)偏振分束器(PBS)對(duì)光的偏振態(tài)進(jìn)行分離，可以對(duì)正交的兩路線偏振光分別進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換，使得兩個(gè)偏振態(tài)的光可以進(jìn)行獨(dú)立的模式轉(zhuǎn)換，從而可以與通信系統(tǒng)中的偏振復(fù)用技術(shù)相容，即同時(shí)實(shí)現(xiàn)了偏振復(fù)用和模式復(fù)用功能。另一方面，本發(fā)明的擴(kuò)展性強(qiáng)，可以增加液晶和合束器的數(shù)目來(lái)增加激勵(lì)與耦合的模式數(shù)目(在一定的插入損耗容限內(nèi))。
[0019]綜上所述，本發(fā)明具有復(fù)用模式數(shù)目多、集成度高、模式隔離度高、耦合插入損耗低、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)，本發(fā)明還具有激勵(lì)模式靈活可調(diào)、工作波長(zhǎng)帶寬較大、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]附圖1為本發(fā)明提供的模式選擇性激勵(lì)與復(fù)用方案的系統(tǒng)框圖。
[0021]附圖2為本發(fā)明提供的偏振分束器對(duì)入射光的偏振態(tài)分離框圖。
[0022]附圖標(biāo)記:1_第一保偏光纖、2-第一準(zhǔn)直透鏡組、3-少模光纖、4-第一直角棱鏡、5-第二直角棱鏡、6-第二準(zhǔn)直透鏡組、7-第三保偏光纖、8-第二保偏光纖、9-第五直角棱鏡、10-第二二分之一玻片、11-偏振分束器、12-合束器、13-聚焦透鏡組、14-娃基液晶、15-第四直角棱鏡、16-第三直角棱鏡、17-法拉第旋光器、18-第一二分之一玻片、19-第三準(zhǔn)直透鏡組。
【具體實(shí)施方式】
[0023]實(shí)施例1
[0024]本實(shí)施例提供的一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括由硅基液晶、法拉第旋光器和偏振分束器構(gòu)成的可編程光線模式選擇性激勵(lì)與復(fù)用系統(tǒng)；
[0025]該系統(tǒng)的第一、第二保偏光纖分別發(fā)出第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光，第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光分別經(jīng)過(guò)第一、第二準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直后，可以擴(kuò)大模場(chǎng)有效面積，便于進(jìn)行空間光調(diào)制，同時(shí)減小光束的發(fā)散程度；通過(guò)第一、第二直角棱鏡將第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光的光路轉(zhuǎn)折，將兩路攜帶偏振復(fù)用信息的光控制于同一豎直平面內(nèi)形成準(zhǔn)直光束；
[0026]準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)偏振分束器，形成第一、第二正交偏振態(tài)的光束，第一正交偏振態(tài)的光束依次通過(guò)第三、第四直角棱鏡平行的移動(dòng)光束路線后，第一正交偏振態(tài)的光束通過(guò)法拉第旋光器以及第一二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入娃基液晶右端；第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)第二二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，通過(guò)第五直角棱鏡轉(zhuǎn)折所述第二正交偏振態(tài)的光束，所述第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)所述法拉第旋光器以及第一二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入娃基液晶左端；娃基液晶的左右兩端分別對(duì)兩個(gè)正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行調(diào)制；通過(guò)法拉第旋光器和硅基液晶組合對(duì)所述第一、第二正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行空間光調(diào)制，實(shí)現(xiàn)光場(chǎng)模式的選擇性轉(zhuǎn)換，激勵(lì)出理想的高階模式；其中硅基液晶進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)控制液晶像素的電壓調(diào)整相位調(diào)制模板，可以對(duì)光場(chǎng)進(jìn)行相位調(diào)制，從而達(dá)到模式轉(zhuǎn)換的目的。
[0027]調(diào)制后的兩路正交偏振態(tài)的光束，再由原路返回至偏振分束器進(jìn)行合束形成調(diào)制光束；第三保偏光纖發(fā)出基模光束，基模光束經(jīng)過(guò)第三準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直；調(diào)制光束于基模光束通過(guò)合束器進(jìn)行合束形成復(fù)用光束，復(fù)用光束通過(guò)聚焦透鏡組進(jìn)入少模光纖。
[0028]所有準(zhǔn)直透鏡組均由兩個(gè)型號(hào)不同的雙凸球面透鏡組成。聚焦透鏡組由兩個(gè)型號(hào)不同的雙凸球面透鏡組成。
[0029]本實(shí)施例的工作原理如下:
[0030]保偏光纖的輸出光束仍為高斯光束，束腰Ws可以定義為
[0031]Ws = as (0.65+1.619V,5+2.879Y；6) (I)
[0032]其中as和Vs分別為保偏光纖的半徑和V-數(shù)。可以利用光線矩陣方法分析高斯光束的準(zhǔn)直效果，令％為保偏光纖輸出端面的參數(shù),則％的表達(dá)式如式(2)所示。
【權(quán)利要求】
1.一種支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，其特征在于:包括由硅基液晶、法拉第旋光器和偏振分束器構(gòu)成的可編程光線模式選擇性激勵(lì)與復(fù)用系統(tǒng)； 該系統(tǒng)的第一、第二保偏光纖分別發(fā)出第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光，所述第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光分別經(jīng)過(guò)第一、第二準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直后，通過(guò)第一、第二直角棱鏡將所述第一、第二攜帶偏振復(fù)用信息的光的光路轉(zhuǎn)折，將兩路攜帶偏振復(fù)用信息的光控制于同一豎直平面內(nèi)形成準(zhǔn)直光束； 所述準(zhǔn)直光束經(jīng)過(guò)偏振分束器，形成第一、第二正交偏振態(tài)的光束，所述第一正交偏振態(tài)的光束依次通過(guò)第三、第四直角棱鏡平行的移動(dòng)光束路線后，所述第一正交偏振態(tài)的光束通過(guò)所述法拉第旋光器以及第一二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入硅基液晶右端；所述第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)第二二分之一玻片調(diào)整偏振方向后，通過(guò)第五直角棱鏡轉(zhuǎn)折所述第二正交偏振態(tài)的光束，所述第二正交偏振態(tài)的光束通過(guò)所述法拉第旋光器以及第一分之一玻片調(diào)整偏振方向后，進(jìn)入所述娃基液晶左端；所述娃基液晶的左右兩端分別對(duì)兩個(gè)正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行調(diào)制； 所述調(diào)制后的兩路正交偏振態(tài)的光束，再由原路返回至偏振分束器進(jìn)行合束形成調(diào)制光束；所述第三保偏光纖發(fā)出基模光束，所述基模光束經(jīng)過(guò)第三準(zhǔn)直透鏡組實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)直；所述調(diào)制光束于所述基模光束通過(guò)合束器進(jìn)行合束形成復(fù)用光束，所述復(fù)用光束通過(guò)聚焦透鏡組進(jìn)入少模光纖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，其特征在于:所有所述準(zhǔn)直透鏡組均由兩個(gè)型號(hào)不同的雙凸球面透鏡組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，其特征在于:所述硅基液晶進(jìn)行模式轉(zhuǎn)換時(shí)，通過(guò)控制液晶像素的電壓調(diào)整相位調(diào)制模板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，其特征在于:通過(guò)所述法拉第旋光器和所述硅基液晶組合對(duì)所述第一、第二正交偏振態(tài)的光束進(jìn)行空間光調(diào)制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的支持偏振復(fù)用的光纖模式復(fù)用及解復(fù)用裝置，其特征在于:所述聚焦透鏡組由兩個(gè)型號(hào)不同的雙凸球面透鏡組成。
【文檔編號(hào)】G02B6/293GK104020526SQ201410231377
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】于大偉, 朱冬宏, 田群, 周金龍 申請(qǐng)人:江蘇金迪電子科技有限公司