阅读说明：本技术 一种全光纤模式复用/解复用器 (All-fiber mode multiplexer/demultiplexer ) 是由 吕家亮 李宏勋 姚培军 许立新 于 2020-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种全光纤模式复用/解复用器,包括两根相同的少模光纤。少模光纤拉锥区的涂覆层均已剥去,熔融拉锥至工作波长的直径和长度,工作波长可根据实际需求设定,实现模式复用和解复用功能,此过程无需对少模光纤进行预拉锥处理。本发明首次提出了实现全光纤模式复用/解复用的方法,两根少模光纤采用全光纤熔融耦合方式,构成的光纤模式复用/解复用器结构紧凑,制作简单,插入损耗小,耦合效率高。本发明可以应用于光纤通信、光学信息处理等领域。(The invention discloses an all-fiber mode multiplexer/demultiplexer, which comprises two same few-mode fibers. The coating layers of the few-mode optical fiber tapering region are stripped, the taper is melted to the diameter and the length of the working wavelength, the working wavelength can be set according to actual requirements, the mode multiplexing and demultiplexing functions are realized, and pre-tapering treatment is not needed to be carried out on the few-mode optical fiber in the process. The invention provides a method for realizing all-fiber mode multiplexing/demultiplexing for the first time, two few-mode fibers adopt an all-fiber fusion coupling mode, and the formed fiber mode multiplexing/demultiplexing device has the advantages of compact structure, simple manufacture, small insertion loss and high coupling efficiency. The invention can be applied to the fields of optical fiber communication, optical information processing and the like.)

一种全光纤模式复用/解复用器

技术领域

本发明属于光纤耦合器技术领域，具体涉及一种全光纤模式复用/解复用器，可应用于光纤通信、光学信息处理等领域。

背景技术

随着信息通信技术的飞速发展，通信网络对带宽和容量需求呈现***式增长，而现有的光纤通信领域基本上是基于单模光纤，单模光纤的传输容量已经逼近非线性香农极限的传输容量。各种方法被提出来提升通信容量，包括波分复用(WDM)和偏振复用(PDM)。近年来，模分复用(MDM)技术被广泛的认为是突破单模光纤通信系统和传输容量瓶颈的有效途径，该技术能大大提升通信容量。模分复用器作为模分复用系统中的关键器件已经得到了广泛关注，目前制作模分复用器的技术主要分为两种：第一种为基于空间光学元件的模分复用器，利用相位波片实现三种模式耦合到同一多模光纤，但这种模分复用器空间耦合难度大，难以集成化，且空间耦合***损耗大，制作成本高；空间光调制器可以灵活的生成各种复杂的光场来实现模分复用，但空间光调制器制作成本较高。第二种为光纤结构的模分复用器，将多根单模光纤***一个低折射率的毛细管内通过熔融拉锥形成光子灯笼，光子灯笼通过使用不同纤芯的单模光纤，以满足各单模光纤中的基模和多模光纤中不同模式相位匹配条件，从而实现模分复用。但是光子灯笼模分复用器制作工艺复杂，精确控制熔融光纤位置，粗细难度很大，无法实现量产，同时光子灯笼于光纤熔接不匹配时会导致高损耗。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有模分复用/解复用器制作工艺复杂，***损耗大，制作成本高，不易集成等缺点，提出了一种全光纤模式复用/解复用器，该光纤模式复用/解复用器制作简单，***损耗小，制作成本低，结构紧凑易于集成。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种全光纤模式复用/解复用器，包括：两根相同的少模光纤，少模光纤的拉锥区域的涂覆层均已剥去，熔融拉锥至工作波长的直径和长度，即可实现模式复用和解复用功能，此过程无需对少模光纤进行预拉锥处理。

其中，所述模式复用功能是指采用全光纤熔融拉锥法将两根相同少模光纤拉至特定的尺寸，基模和高阶模分别从两根少模光纤入射，基模和高阶模在拉锥耦合区分别发生倏逝场自耦合，在其中一根少模光纤输出端同时输出基模和高阶模。

其中，所述模式解复用功能是指从其中一根少模光纤输入混合模式，输出端的两根少模光纤分别输出基模和高阶模。

其中，所述熔融拉锥至工作波长的耦合区长度是满足基模耦合半周期长度的偶数倍或奇数倍，且满足高阶模耦合半周期长度的奇数倍或偶数倍。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明采用两根少模光纤进行全光纤熔融拉锥制作模式复用/解复用器，无需对少模光纤进行预拉锥处理，制作工艺简单，***损耗小。

(2)本发明实现了LP₀₁和LP₁₁两种模式的模式复用解复用。

(3)本发明将标准通信光纤(G.652)用作少模光纤，制作成本低，可量产，实用性强。

(4)本发明采用全光纤结构，结构紧凑易集成，可用封装材料进行封装，工作稳定不受外界因素干扰。

(5)本发明具有模式剥离功能，模式提纯效率高，实现光纤激光器输出高质量的单一基模或单一高阶模。

附图说明

图1为本发明全光纤模式复用/解复用器结构示意图。

图2为Rsoft软件仿真LP₀₁模式在拉锥耦合区域能量监控图，其中，图2(a)为耦合区内LP₀₁模式的强度分布图，图2(b)为LP₀₁模式在FMF1通道的功率变化图。

图3为Rsoft软件仿真LP₁₁模式在拉锥耦合区域能量监控图，其中，图3(a)为耦合区内LP₁₁模式的强度分布图，图3(b)为LP₁₁模式在FMF1通道的功率变化图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1图1是本发明的一种全光纤模式复用/解复用器示意图。该光纤模式复用/解复用器包括两根相同的少模光纤；少模光纤为标准通信光纤(G.652)，将两根少模光纤拉锥区域的涂覆层剥去，直接在光纤熔融拉锥机上进行熔融拉锥，无需对少模光纤进行预拉锥处理。该全光纤模式复用/解复用器的基本工作原理为两根相同的少模光纤通过拉锥后，耦合区直径和有效折射率相同，FMF1和FMF2中相同模式耦合的相位匹配条件自动满足，FMF1中LP₀₁模和FMF2中的LP₀₁模式、FMF1中的LP₁₁模和FMF2中的LP₁₁模发生互耦合分别进行功率周期***换，LP₀₁模间和LP₁₁模间的耦合系数不同导致LP₀₁模和LP₁₁模的耦合周期长度不同，当耦合区域的长度是LP₀₁模式耦合半周期长度的偶数倍(奇数倍)，也是LP₁₁模式耦合半周期长度的奇数倍(偶数倍)时，即可实现模式的复用和解复用功能。根据各模式耦合周期长度与耦合区宽度的变化关系，在波长1064nm下，耦合区域直径设计为20μm，即单根少模光纤耦合区直径为10μm，耦合区域长度设计为12.5mm；该耦合区域长度是少模光纤中LP₀₁模式耦合半周期长度的偶数倍，也是LP₁₁模式耦合半周期长度的奇数倍，实现模式的复用和解复用功能。LP₀₁、LP₁₁模式均从FMF1左端入射，LP₀₁和LP₁₁模式从FMF1分别耦合到FMF1和FMF2右端输出，实现2个模式的模式解复用；LP₀₁和LP₁₁模式分别从FMF1和FMF2右端入射,LP₀₁和LP₁₁模式都将耦合到FMF1的左端输出，实现2个模式的模式复用。

如图2所示为基于光束传播法(BPM)仿真获得的实现相位匹配条件的FMF1和FMF2中LP₀₁模式在拉锥耦合区域能量监控图，图2(a)为耦合区LP₀₁模式的强度分布图，图2(b)为LP₀₁模式在FMF1通道的功率变化图，FMF1的LP₀₁模式能耦合到FMF2光纤中，在12.5mm的耦合区长度内，LP₀₁模式在FMF1和FMF2中发生周期性耦合，最后LP₀₁模式在FMF1中输出。即LP₀₁模从FMF1输入，从FMF1输出端输出LP₀₁模。

如图3所示为基于光束传播法(BPM)仿真获得的实现相位匹配条件的FMF1和FMF2中LP₁₁模式在拉锥耦合区域能量监控图，图3(a)为耦合区LP₁₁模式的强度分布图，图3(b)为LP₁₁模式在FMF1通道的功率变化图，FMF1的LP₁₁模式能耦合到FMF2光纤中，在12.5mm的耦合区长度内，LP₁₁模式在FMF1和FMF2中发生周期性耦合，最后LP₁₁模式在FMF2中输出。即LP₁₁模从FMF1输入，从FMF2输出端输出LP₁₁模。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。