CN101408641B - 锥形微结构光纤高阶模滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种锥形微结构光纤高阶模滤波器。一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是：所述锥形微结构光纤高阶模滤波器由两端外径相同的粗端和中间外径逐渐变小的腰锥部分组成；两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm，外径渐变的过渡部分的长度分别为L₂、L₄，L₂＝0.1～10cm，L₄＝0.1～10cm，外径渐变过渡部分的粗端外径d₁过渡到细端外径d₂，其锥形梯度η＝(d₁—d₂)/2L＝0.001～1.0，其中：d₁>d₂；L取L₂或L₄；中间较细的等外径部分的长度L₃＝0.1～10cm，其外径d₂＝10～200μm。本发明能够对可见和近红外不同波段的光纤传输系统有效地滤除高阶模而实现单模传输，这种滤波器可以与不同外径的多模光纤相匹配，具有易于耦合和插入损耗小的特点。

Description

锥形微结构光纤高阶模滤波器

技术领域

本发明涉及一种光纤模式滤波器，该滤波器能够与光纤传输系统耦合并在可见及其近红外波段有效滤除高阶模。

背景技术

在光纤传输系统中，一方面，光纤模式截止条件的放宽或处于多模传输状态能够导致其它光纤特性的增强，如大模式面积，低弯曲损耗，多种性能的光纤色散特性等。一般来说，基模能够在适当设计的多模光纤中稳定传输。然而，光功率或光信号通过多模传输时会引起的模间干涉，这种模间干涉会严重地降低单模传输系统光的信噪比。另一方面，设计传输光纤时如果严格地追求单模条件会限制或降低光纤在许多实际应用中的适应性。因此，设计一种模式滤波器从多模光纤中去除高阶模而保持单模传输是一个具有重要应用价值的课题。

发明内容

为了达到与光纤传输系统中多模光纤的兼容和耦合，本发明提供一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，该发明能够针对可见和近红外不同波段的光纤传输系统有效地滤除高阶模而实现单模传输，同时这种锥形微结构光纤高阶模滤波器可以与多模光纤相匹配，具有易于耦合和插入损耗小的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述锥形微结构光纤高阶模滤波器由两端外径相同的粗端和中间外径逐渐变小的腰锥部分组成；所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm；外径渐变的过渡部分的长度分别为L₂、L₄，L₂＝0.1～10cm，L₄＝0.1～10cm，外径渐变的过渡部分的外径从d₁过渡到d₂，其锥形梯度η＝(d₁—d₂)/2L＝0.001～1.0，其中：L取L₂或L₄；中间较细的等外径部分的长度L₃＝0.1～10cm，其外径d₂＝10～200μm。所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm，中间外径渐变腰锥部分的长度L₆＝0.1～15cm，中间外径渐变腰锥部分的最细处外径d₂＝10～200μm，腰锥部分在拉锥过程中自然形成，其外轮廓曲线为双曲线，平均梯度η＝(d₁—d₂)/L₂＝0.001～1.0。

锥形微结构光纤高阶模滤波器其纤芯为实芯结构，其包层由气孔组成。沿光纤轴向分布的气孔直径和间距随着光纤外径的减小而减小，其排列方式和气孔形状保持不变，气孔的直径D₁＝0.1～10μm，气孔间距h＝0.3～20μm。

包层气孔可以是只有主气孔结构，也可以是既有主气孔又有间隙孔的结构。

光纤包层由圆柱形空芯管组成，除了有圆柱形的主气孔，还存在孔与孔之间的间隙孔。

光纤包层由截面为正六边形的空芯管组成，六边形中间的气孔仍然为圆形，这种结构的微结构光纤只存在圆柱形的主气孔，没有间隙孔存在。

锥形微结构光纤可以由微结构光纤经过后加工技术—光纤拉锥技术制备而成。

本发明的有益效果是：在光纤传输系统中使用锥形微结构光纤高阶模滤波器可以有效地将高阶模滤除掉而实现单模传输，这样就可以避免光功率或光信号多模传输时的模间干涉，将模间干涉降低到-35dB以下，进一步提高光纤传输系统的信噪比。实际操作时可根据光传输系统中不同的波段更换与相应波段匹配的滤波器，这种滤波器可以与不同外径的多模光纤相匹配，本发明具有易于耦合、插入损耗小和可调节性强等优点。

附图说明

图1是第一种锥形微结构光纤高阶模滤波器的结构示意图；

图2是第二种锥形微结构光纤高阶模滤波器的结构示意图；

图3是光纤包层截面由圆柱形空芯管组成微结构光纤截面图；

图4是光纤包层截面由正六边形的空芯管组成微结构光纤截面图。

具体实施方式

实施例1

图1是本发明公开的一个实施例，锥形微结构光纤高阶模滤波器是在微结构光纤的基础上，经过拉锥技术制备而成。锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向由三部分组成，即两端较粗的均匀部分，两侧外径渐变的过渡部分和中间较细的粗细均匀的腰锥部分。锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为L₁＝5cm，L₅＝10cm，粗端的外径d₁＝200μm；外径渐变的过渡部分的长度分别为L₂＝2cm，L₄＝4cm，外径渐变的过渡部分的粗端外径d₁过渡到细端外径d₂，d₂＝50μm，其锥形梯度分别为η₁＝(d₁—d₂)/2L₂＝0.0075，η₂＝(d₁—d₂)/2L₄＝0.00375；中间较细的等外径部分的长度L₃＝3cm。锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向分布的气孔尺度和间距随着光纤外径的减小而减小，但其排列方式和气孔形状保持不变。

实施例2

图2是本发明公开的另一个实施例，锥形微结构光纤高阶模滤波器是在微结构光纤的基础上，经过拉锥技术制备而成。这使锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向由两部分组成，即两端较粗的均匀部分，外径渐变腰锥部分。所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为L₁＝5cm，L₅＝10cm，粗端的外径为d₁＝200μm，中间外径渐变腰锥部分的长度L₆＝10cm，中间外径渐变腰锥部分的最细处外径d₂＝50μm，腰锥部分在拉锥过程中自然形成，其外轮廓曲线为双曲线，平均梯度η＝(d₁—d₂)/L₆＝0.0015。锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向分布的气孔尺度和间距随着光纤外径的减小而减小，但其排列方式和气孔形状保持不变。

微结构光纤由于其多孔特性具有高度可调的结构和光学特性，通过调节其包层气孔节距和气孔大小，可以达到调节其有效纤芯直径和包层与纤芯间折射率差的效果，从而达到调节单模传输条件的目的。通过拉锥技术使微结构光纤的纤芯和气孔节距、包层气孔直径减小，从而实现单模传输条件。

将锥形微结构光纤高阶模滤波器(其结构如图1或图2所示)通过光纤夹耦合到光纤传输系统中，实现高阶模滤波的原理如下：

在本发明提出的锥形微结构光纤高阶模滤波器中，锥形光纤是利用全内反射原理导光，光信号传输时其能量被包层的周期性结构散射而局域在纤芯中。

能够在纤芯中传输的模式数量和波长范围，是由归一化常数V决定的。 $V=\left(\frac{2\mathrm{\&pi;}}{\mathrm{\&lambda;}}\right)\&times;r_c\&times;{({n_c}^2-n_{\mathrm{eff}}^2)}^{1/2}$ ，其中，r_c是有效纤芯半径，n_eff是包层有效折射率，n_c是纤芯折射率。由于包层气孔的存在n_eff<n_c，满足折射率引导的条件。根据折射率引导光纤原理，如果V≤2.4048，就可以保证单模传输，从而可以根据前面的公式计算出具有某种结构的光纤的单模传播的波长范围。

对于某一波长下多模传输的微结构光纤，当通过拉锥技术使其变细时就会由多模传导过渡到单模传输，这样只要锥形光纤的腰锥部分具有足够的长度，就可以顺利地将高阶模泄漏掉而在光纤系统中实现单模传输。在光纤多模传输系统中使用本发明就可以进一步实现模式滤波，将高阶模滤除掉而实现单模传输。

Claims (2)

1.一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，所述锥形微结构光纤高阶模滤波器其纤芯为实芯结构，包层由气孔组成，沿光纤轴向，气孔的排列方式和气孔形状保持不变，其特征是：所述锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向由三部分组成，即两端外径相同的粗端，由两端向中间外径逐渐变小的过渡部分和中间较细的外径相同的腰锥部分；两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm，由两端向中间外径逐渐变小的过渡部分的长度分别为L₂、L₄，L₂＝0.1～10cm，L₄＝0.1～10cm，过渡部分由粗端外径d₁过渡到细端外径d₂，其锥形梯度η＝(d₁-d₂)/2L＝0.001～1.0，其中：d₁＞d₂；L取L₂或L₄；过渡部分沿光纤轴向分布的气孔直径和间距随着光纤外径的减小而按比例减小，气孔的直径D₁在0.1～10μm的范围变化，气孔间距h在0.3～20μm的范围变化；中间较细的外径相同的腰锥部分的长度L₃＝0.1～10cm，其外径d₂＝10～200μm。

2.一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，所述锥形微结构光纤高阶模滤波器其纤芯为实芯结构，包层由气孔组成，沿光纤轴向，气孔的排列方式和气孔形状保持不变，其特征是：所述锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向由两部分组成，即两端外径相同的粗端，由两端向中间外径逐渐变小的腰锥部分；两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm，由两端向中间外径逐渐变小的腰锥部分的长度L₆＝0.1～15cm，腰锥部分最细处外径d₂＝10～200μm，腰锥部分在拉锥过程中自然形成，其外轮廓曲线为双曲线，其平均梯度η＝(d₁-d₂)/L₆＝0.001～1.0，其中：d₁＞d₂；腰锥部分沿光纤轴向分布的气孔直径和间距随着光纤外径的减小而按比例减小，气孔的直径D₁在0.1～10μm的范围变化，气孔间距h在0.3～20μm的范围变化。 

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