CN108983355B - 一种可切换的声光光纤正交模式转换器 - Google Patents

一种可切换的声光光纤正交模式转换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可切换的声光光纤正交模式转换器。可调谐光源经单模光纤连接少模光纤，在少模光纤上连接有模式剥离器，射频发生器连接超声换能器组成超声波发生装置，将少模光纤去掉部分涂覆层，并将这部分少模光纤与超声换能器的发射端垂直粘结，在少模光纤的出射端连接图像采集系统；可调谐光源产生不同波段的光束，光束经单模光纤到少模光纤，少模光纤中的模式剥离器滤掉光纤中因熔接产生的少量高阶模式；射频发生器驱动超声换能器产生超声波，超声波耦合进入少模光纤中形成声致光纤光栅；调整射频发生器的频率达到相位匹配条件时，少模光纤出射端得到线偏振光
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE004
模式，对出射端的少模光纤进行扭转、挤压，能够输出+1和‑1阶涡旋光束。

Description

一种可切换的声光光纤正交模式转换器
技术领域
本发明属于光电技术和光学模式领域，具体涉及一种可切换的声光光纤正交模式转换器。
背景技术
模式复用技术的关键是有效获取高阶模式，其中模式转换器是核心器件。全光纤模式转换器在全光通信及激光器领域起到了重要作用，传统的模式转换器件有长周期光纤光栅、机械光栅、模式耦合器，以及通过错位激发实现模式转换等。以上器件的制作方法较为复杂，且在同一器件无法轻易实现不同波长处的模式转换，不利于商业化。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种可切换的声光光纤正交模式转换器。利用声致光纤光栅实现了
Figure 697598DEST_PATH_IMAGE002
模式到
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure DEST_PATH_IMAGE006
模式的耦合，且在多个波段处实现了
Figure 283912DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 329229DEST_PATH_IMAGE006
模式的切换输出，进一步在多个波段实现了+1/-1阶的涡旋光束的切换输出。
为达到上述目的，本发明的构思是：
声致可调谐模式转换器件是基于模式耦合理论实现的，该器件本质是一声致光纤光栅（AIFG）。传统的少模光纤的纤芯椭圆度很小，其中传输的
Figure 865383DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 945335DEST_PATH_IMAGE006
模式的传播常数十分接近，兼并表现为模式。增大少模光纤的椭圆度，会导致
Figure 298956DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 706935DEST_PATH_IMAGE006
模式有效折射率差增大，令其中传输的
Figure 171414DEST_PATH_IMAGE008
模式退化为
Figure 105872DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 364815DEST_PATH_IMAGE006
模式，则可以利用本发明实现
Figure 260090DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 997102DEST_PATH_IMAGE006
模式的切换输出，进一步可实现+1或-1阶涡旋光束的输出。
本发明的技术解决方案如下：
一种可切换的声光光纤正交模式转换器，包括可调谐光源、单模光纤、少模光纤、模式剥离器、射频发生器、超声换能器、图像采集系统；所述可调谐光源经单模光纤连接少模光纤，在少模光纤上连接有模式剥离器，所述射频发生器连接超声换能器组成超声波发生装置，将少模光纤去掉部分涂覆层，并将这部分少模光纤与超声换能器的发射端垂直粘结，在少模光纤的出射端连接图像采集系统；所述可调谐光源产生不同波段的光束，光束经单模光纤到少模光纤，少模光纤中的模式剥离器滤掉光纤中因熔接产生的少量高阶模式；所述射频发生器驱动超声换能器产生超声波，超声波耦合进入少模光纤中形成声致光纤光栅；通过调整射频发生器的频率，达到相位匹配条件时，少模光纤出射端得到线偏振光或模式，对出射端的少模光纤进行扭转、挤压，能够输出+1或-1阶涡旋光束。
进一步地，所述可调谐光源可以为C波段、L波段或者C+L波段可调谐激光器，其波段包括1550nm波段、1060nm波段、980nm波段等。
进一步地，所述少模光纤是阶跃少模光纤、双包层少模光纤、光子晶体少模光纤，或者其他可支持模式退化为
Figure 481490DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 988694DEST_PATH_IMAGE006
模式的光纤；所述单模光纤为可与所采用的少模光纤模场匹配的光纤。
进一步地，所述模式剥离器为一圆柱橡胶棒，少模光纤缠绕在圆柱橡胶棒上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明为全光纤结构，稳定性很强，具有良好的可重构性，利于封装用于光纤通信系统。通过调整射频发生器的频率，可以实现波长可调谐。可以在在同一波长处产生或模式，并且可实现同一波长处+1或-1阶涡旋光束的切换。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图。
图2为本发明实施例在波长1550nm处、
Figure 313813DEST_PATH_IMAGE006
模式的切换输出及检验结果。
图3为本发明实施例在波长1550nm处+1/-1阶涡旋光束的切换输出及检验结果。
图4为本发明实施例在调整射频发生器频率时声致光栅的谐振波长中心的可调谐性实验结果图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图1所示，一种可切换的声光光纤正交模式转换器，包括可调谐光源1、单模光纤2、少模光纤3、模式剥离器4、射频发生器5、超声换能器6、图像采集系统7；所述可调谐光源1经单模光纤2连接少模光纤3，单模光纤2和少模光纤3在a点熔接；在少模光纤3上连接有模式剥离器4，所述模式剥离器4为一圆柱橡胶棒，少模光纤3缠绕在圆柱橡胶棒上。所述射频发生器5连接超声换能器6组成超声波发生装置，将少模光纤3去掉部分涂覆层，并将这部分少模光纤3与超声换能器6的发射端垂直粘结，在少模光纤3的出射端连接图像采集系统7；将可调谐激光器调到1550nm波段处，光束经单模光纤2到少模光纤3，少模光纤3中的模式剥离器4滤掉光纤中因熔接产生的少量高阶模式；所述射频发生器5驱动超声换能器6产生超声波，超声波耦合进入少模光纤3中形成声致光纤光栅；通过调整射频发生器5频率达到相位匹配条件时，少模光纤3出射端得到线偏振光
Figure 914559DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 909060DEST_PATH_IMAGE006
模式，对出射端的少模光纤3进行扭转、挤压，能够输出+1和-1阶涡旋光束。
所述可调谐光源1为C波段、L波段或者C+L波段可调谐激光器，其波段包括1550nm波段、1060nm波段、980nm波段等。
所述少模光纤3可选用阶跃少模光纤、双包层少模光纤、光子晶体少模光纤，或者其他可支持
Figure 128820DEST_PATH_IMAGE008
模式退化为
Figure 892376DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 929603DEST_PATH_IMAGE006
模式的光纤；所述单模光纤为可与所采用的少模光纤模场匹配的光纤。
如图2所示，改变射频发生器5的频率可实现同一波段处
Figure 145820DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 169271DEST_PATH_IMAGE006
模式的切换输出，且该波段可被调谐。进一步对可调谐激光器进行频率调制（FSK）可以实现
Figure 787334DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 995462DEST_PATH_IMAGE006
模式的自动切换输出。
如图3所示，通过对出射端的少模光纤3进行扭转或挤压在同一波段处可实现+1和-1阶涡旋光束的切换输出，且该波段可被调谐。进一步对可调谐激光器进行频率调制可以实现+1和-1阶涡旋光束的自动切换输出。
如图4所示，通过调整射频发生器5的频率可以对声致光栅的谐振波长中心进行调谐，本实施例波长的可调谐范围不能作为本发明的限制。
本发明的实施例在1550nm波段处，仅为示例性描述，不能作为本发明的限制。

Claims (3)

1.一种可切换的声光光纤正交模式转换器，其特征在于，包括可调谐光源（1）、单模光纤（2）、少模光纤（3）、模式剥离器（4）、射频发生器（5）、超声换能器（6）、图像采集系统（7）；所述可调谐光源（1）经单模光纤（2）连接少模光纤（3），在少模光纤（3）上连接有模式剥离器（4），所述射频发生器（5）连接超声换能器（6）组成超声波发生装置，将少模光纤（3）去掉部分涂覆层，并将这部分少模光纤（3）与超声换能器（6）的发射端垂直粘结，在少模光纤（3）的出射端连接图像采集系统（7）；所述可调谐光源（1）产生不同波段的光束，光束经单模光纤（2）到少模光纤（3），少模光纤（3）中的模式剥离器（4）滤掉光纤中因熔接产生的少量高阶模式；所述射频发生器（5）驱动超声换能器（6）产生超声波，超声波耦合进入少模光纤（3）中形成声致光纤光栅；通过调整射频发生器（5）频率达到相位匹配条件时，少模光纤（3）出射端得到线偏振光
Figure DEST_PATH_IMAGE002
、模式，对出射端的少模光纤（3）进行扭转、挤压，能够输出+1和-1阶涡旋光束。
2.根据权利要求1所述的可切换的声光光纤正交模式转换器，其特征在于，所述少模光纤（3）是阶跃少模光纤、双包层少模光纤、光子晶体少模光纤。
3.根据权利要求1所述的可切换的声光光纤正交模式转换器，其特征在于，所述模式剥离器（4）为一圆柱橡胶棒，少模光纤（3）缠绕在圆柱橡胶棒上。
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