CN107771292A - 光纤耦合器 - Google Patents

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米哈尔·希曼斯基
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Abstract

一种光纤耦合器，其包含具有绝缘芯的多芯光纤，芯绝缘作用可解释为光纤芯附近出现折射率降低的特征的区域，其特征在于，包含至少一个输入光纤，所述输入光纤连接到具有绝缘芯的至少N芯的多芯光纤，所述多芯光纤连接到N个输出光纤，并且所述多芯光纤至少一个部分的芯绝缘作用减弱是通过降低光纤芯附近折射率区域的尺寸减小得到。

Description

光纤耦合器
技术领域
本发明的主题是采用微结构化多芯光纤的光纤耦合器。
背景技术
功率耦合器是基于光纤应用的电信线路中使用的基本组件之一。为了提高数据传输密度，电信市场必须考虑数据接收者的需求，重点是增加数据传输密度，改进功能并降低新系统安装的成本。光纤耦合器的目的是将功率从一个或多个输入光纤传输到一个或多个输出光纤。可以在任何输入和输出配置中执行耦合器。最流行的耦合器类型包括X型耦合器(2个输入和2个输出)和Y型耦合器(1个输入和2个输出/2个输入和1个输出)。这种耦合器同时出现在对称和非对称版本中。然而，市场需求决定了制造具有更多信道的耦合器的需要。根据需要，耦合器可以具有任何数量的输入和输出，而主要限制是耦合器制造能力。在非常情况下，当耦合器的输入少于输出(特别是当它有一个输入和N个输出)时，它成为功率分歧器。通过N个输入和一个输出，我们是在处理光信号组合器。
为确保最先进的接入网络的全面开发，特别是那些定义为FTTx网络(FiberTothex，如FTTH-光纤到户)的接入网络，适当集成的功率分歧器和组合器是必需的。
FTTx网络通常在PON(被动光网络)技术中构建。这些是在逻辑星形拓扑中执行的点对多点网络。物理拓扑主要取决于用户的分布：对于单户住宅，可能的拓扑是总线网络，而在多户住宅的情况下，最流行的解决方案是树形拓扑。在每种情况下，其中心点都由光耦合器构成，光耦合器将来自分配设备(所谓的OLT(光线路终端))的信号分配给接收者的网络终端(所谓的ONT(光学网络终端))。
通信中使用的最新的市售信号耦合元件通常采用两种技术制造：光纤熔接(FBT——熔融衍射法)和平面技术(PLC——平面光波)。在总线网络拓扑的情况下，应用的光耦合器通常在FBT技术中执行。在需要大量输出端口的树形网络拓扑的情况下，应用的主要解决方案是PLC耦合器。
FBT耦合器是通过将两个光纤彼此相邻放置，然后将它们融合在一起并使它们逐渐变细以产生单个波导来创建的。在这种结构中，适当接近的核心不能再被视为单独的电信信道。进入其中一个耦合器臂的信号通过锥形区域，由于光纤尺寸的显著下降，芯体可能失去传递光的能力，从而光被整个玻璃表面传导，而空气起包层的作用。当扩大渐缩光纤时，芯体的直径增加，会恢复其光导能力。在这种布局中，整个结构需要解麦克斯韦方程，并且所谓的超光会同时在某个或所有芯体中传播。根据配置，光在这种结构中的传播可用来构造功率组合器或分歧器。
根据FBT技术，通过熔接的耦合器制造工艺已被包括在专利文献US4550974中，描述了上述耦合器及其制造方法。所呈现的耦合器是对称的2x2耦合器，然而，非对称耦合器，即具有不均匀功率分配的耦合器也是可以制造的。如果仅使用其中一个输入，这种耦合器可以在1x2功率分歧器配置中工作。其特点是对外界网络条件的耐受性高，插入损耗低，反向反射不明显。这种耦合器的缺点之一是端口的最大数量是四个，因为用较多数量的端口难以实现功率的平均分配。
与FBT相反，PLC平面技术允许制造具有更多数量的输入端口(从4到128)的耦合器，既保证产品本身的小尺寸，又确保1260-1650nm全光谱范围内的高操作稳定性。这种结构尤其适用于集成光学元件。具有这种结构的装置的特征在于，由于需要实施模式转换而导致的相对较高的损耗，以及高内部损耗，这导致总损耗达到几dB。此外，集成光纤和光纤的组装和接合技术需要先进且昂贵的方法。PLC耦合器的结构及其制造方法在专利文献US5745619和专利申请文献US20030091289A1中有所描述。
目前应用的光耦合器的基本参数对接入网络的普及造成严重阻碍，特别是假定光纤用于所有传输阶段的FTTx网络。因此，特别是作为功率组合器和分歧器使用的应用微结构化多芯光纤的光纤耦合器所构成的本发明，其目的是开发一种设备，能够确保实现功率到任意数量的信道的最优分配。而构成本专利精髓的制造技术认定，与平面技术相比，光纤制造的耦合器更有优势，因为平面技术比较难以与基于光纤的电信系统集成。由于应用了这种制造技术，根据本发明制造的装置保证所需的功率分配，同时保持低损耗。在分配过程中获得特定的功率分配和较低的损耗这两个标准是常见应用的关键。所开发的全光纤耦合器允许将光功率损耗降低到低于0.5dB，理论损耗可以接近于零。此外，可以在较广的温度范围内应用所述装置。本发明的一个基本优点在于能给以任何配置操作装置，即作为功率分歧器和功率组合器，以及作为MxM耦合器。此外，作为分歧器/组合器/耦合器操作的可能性创造了使用该装置作为光学开关的可能性。
随着光子晶体纤维(也称为微结构纤维)的发明，光纤中成形模式的可能性已大大扩展。由于微分几何的可能性，在微结构纤维的情况下，需要对结构孔的布置和性质进行处理，可以产生使用常规光纤不可能实现的纤维属性。这些包括，例如在非常广的光谱范围内进行单模操作、高双折射，增加对压力、伸长率等的敏感性。在无外界因素影响的情况下，空气孔对模式的特征在光传播方面无明显影响，但在有其他外部因素出现时，可以显著提高光纤性能。该应用的一个例子可以是，例如，弯曲的不敏感纤维，其光纤包含被气孔包围的芯体。这种光纤在发表在SEI技术评论75(2012)上的由ToshikiTaru等人撰写的题为“低弯折损耗的单模孔辅助光纤”的文章中提出。这种类型的纤维的优点在其弯曲时会显露出来——在光纤的芯体不被气孔包围的情况下，在弯曲时会有相当大的损耗。在有孔辅助绝缘的情况下，存在“模式流出”的可能性，并且由于发生了大的结构折射率间距(孔区域处的折射率被认定为空气的折射率，尽管孔可以填充各种物质)，模式功率要辐射到包层几乎是不可能的。因此，孔的存在对于诸如色散或衰减这样的特性并不具有显著影响，因为它们位于核心相对较远的位置，但是可以通过外界因素影响传播的特性。
在微结构光学中的空气孔，没有它们显著参与传播的情况下(在LMA-8光纤的情况下观察到显著的参与)，纤维也用于构造多芯光纤。多亏芯体的气孔环境，特定芯体之间的功率渗透几乎被消除了——不会发生所谓的串扰现象。此外，这些孔可以使芯体绝缘，这意味着每个芯体中的功率传播实际上是独立的。芯体也可以以某种方式被孔包围，这种方式使得模式不会被分配给特定芯体——这样的芯体被称为“耦合”芯体，并且超光将在结构中得以传播。我们是否处理绝缘或耦合的芯体取决于结构的材料和几何参数。在大多数情况下，缩小孔并使芯体更接近有助于超光的传播，从而有助于在芯体之间的功率传递。
微结构光纤的广泛应用也源自于能够通过修改其参数来利用其属性的可能性，例如：孔塌陷，纤维渐缩、孔填充。因此，在光纤制造出来后，改变其传播条件是可能的。
虽然孔塌陷技术已众所周知，但是尚未开该现象的可控应用，以实现特定多芯光纤的芯体之间的光纤耦合。
例如，专利文献US6631234描述了通过加热和渐缩来处理光纤以获得基于光子晶体光纤的耦合器的可能性。该耦合器使用至少两个光子晶体光纤构成。此处仅考虑单芯体光子晶体光纤。芯体塌陷的现象被描述为“削弱或破坏包层和芯体之间的折射率差异”。此外，空气孔尺寸的差异化控制和光纤直径的变化可用来改变光纤的双折射。
光子晶体光纤中的孔塌陷也用于拼接微结构光纤。孔塌陷现象被认为是一个问题，因为它导致了拼接处的损耗。该现象可以被利用(例如梯度孔塌陷)或消除。然而，在大多数情况下，拼接技术被认为是单芯光子晶体光纤专用技术。
例如，在专利申请文献US20080037939中，发明人已经就渐缩单芯光子晶体光纤利用梯度孔塌陷来减小接头中的损耗，获得了专利保护。
接着，专利申请文献20060067632中提出了一种拼接以小芯体为特征的单核光子晶体光纤的方法，其中拼接执行方法集中于尽可能减少孔塌陷，以产生尽可能低的损耗。
专利文献US7609928B2中还描述了一种拼接单芯光子晶体光纤的方。，其中明确地将孔塌陷指认为损耗的原因。
在构造各种类型的传感器时，在处理(拼接，渐缩等)微结构多芯光纤时孔塌陷的使用可以视为理想的现象。
例如，专利申请文献20090052852A1中提出了一种单芯微结构光纤渐缩中使用孔塌陷的方法。该发明旨在孔的完全塌陷，归功于此，模式(在芯和包层中传导的)可以相互干扰。一个具体的马赫—曾德干涉仪就是以此方式创造出来的。
专利文献EP1939659B1中描述了一种类似的解决方案，其中拼接区域熔合，并且包层模式和芯体模式在两个干涉仪臂中传导。
而且，基于标准单模单芯光纤的现代电信网络由于容量的限制而在不久之后将不再能够满足需求。解决这个问题的策略之一就是采用模式多路复用技术，它将多模光纤用于传输，其中每个模式都用作独立的传输信道。为了能够构建基于多模光纤的传输网络，需要使用复用和解复用模式的专用组件。多路复用模式包括组合来自N标准单模光纤的信号，并将其作为N个独立信道引入多模光纤。为此，首先将标准单模光纤的信号转换为特定模式，然后将所有信道放入多模光纤。在解复用期间，有一个反向处理过程，其中几个(N)个独立信道的多模光纤中的N个模式被分成N个输出。因此，需要一种允许在多模式光纤中多路复用或解复用信道的装置。此外，这种类型的元件有必要以低损耗和高模式选择性表征。
选择性模式激励的方法之一是使用相位板或SLM。在这两种情况下，光束(通常是基本模式)击中具有预定折射率分布的相位结构——透明元件，其结果在板后面一定距离之后给出特定的高阶模式。类似地，可以使用SLM引入适当的相位延迟。在使用SLM的情况下，可以编程延迟相位，这将导致任何形状的高阶模式，因此使用SLM是非常多样化的。这两种方法都是在多模式光纤的光束输入和输出少中使用块状光学器件。不幸的是，这种类型的设备通常由几个元件组成，其体积很大。同时使用精度高的设备产生的价格也很高。虽然这种方法被认为是最简单的，但是它的损耗很大。由R.Ryf等人在光波技术期刊30,2012中发表的“使用相干6x6MIMO处理的96路多模光纤的模分多路复用”一文中提出了使用多模复用的多路复用传输，通过六个独立信道进行传输。实现的传输速度在96公里的距离内达到640Gb/s，损耗小于1.2dB。还示出了用于在多模光纤中进行信号传输的系统，其中将光束形成所需模式的元件是SLM。在光纤网络中，块状光学器件的使用与传导损耗相关联，而传导损耗不可避免地与从块状光学到光纤的过渡相关。
称为“光子灯”的另一种方法是基于具有所需参数的多个单芯光纤的渐缩，这些单芯光纤的参数在芯体不再独立地传导光之前通常是不同的(芯体的尺寸、芯体的折射率)，这也就形成了多模纤维，它具有较低折射率的玻璃制成的外部毛细管，起到纤维包层的作用。通过适当选择单芯光纤的输入端参数，可以在输出端获得特定模式。同时，根据信号被引入不同的输入单芯光纤中，可以在输出端刺激另一种模式。这种方法的优点是非常低的传导损耗，并且仅使用光纤技术(全光纤)。然而，挑战是保持模式之间的低串扰。目前，对于使用这种多路复用器的传输，由于模式之间的高耦合，在解复用期间需要应用电子信号处理。
选择性模式激励也可以使用集成光学器件。例如有基于长期光纤光栅的转换器。由I.Giles等人在IEEE光子学技术通讯24,2002中发表的“光纤LPG模式转换器和多模SDM技术的模式选择”一文中提出了基于长期光纤光栅的这种器件的思想及其检查方法。使用集成光学器件的另一种方法是使用对称或非对称耦合器。用于选择性模式刺激(激发)的另一种方法是非对称平面结构Y形(Y形结)平面。在J.D.Love和N.Risen在光波技术期刊30,304-309,2012上发表的文章“单、少和多模Y结”中提出了用于刺激高阶模式的这种类型的非对称结构的模拟结果。
以下是一些例子，由SungHyokChang等人在光学快报上出版的“基于模式选择耦合器的全光纤多路复用器模式和波分复用传输”一文中，使用光纤耦合器对三种模式进行复用和解复用——该解决方案依赖于常规耦合器的级联。该解决方案不包含多芯光纤或微结构纤维，而且使用这种复用方法不容易扩展到更多的模式。
接着，专利EP2336813涉及用于使用模式复用传输的多芯光纤，其中不存在选择性，尤其是精确寻址模式。纤维中的模式分组耦合，并且芯体结构没有绝缘。在本发明的描述中，仅提及复用和解复用的可能性，但是没有公开如何执行这种操作。间接地，由描述和附图的内容可以得出结论，该操作由平面相位板或类似的东西进行。因此，所指出的仅使用光纤的实施例中不涉及复用和解复用，需要使用附加组件来实现本发明的目的。
类似地，解决方案EP2706387适用于用于空间复用的光纤。在本实施例中，如前所述，复用或解复用现象只能发生在外部元件(外部光纤)中，并且仅将转换的信号引入传输专用的光纤中。
信号复用的元件通常是基于块状光学器件的装置，例如US6332050中公开的与块状多路复用器的设计相关的装置。这些类型的解决方案是昂贵且低效的，这也是开始本次所呈现的发明的原因之一。
另外，US2013039627涉及使用具有耦合芯的光纤进行基于模式复用的传输，但是它没有公开寻址模式的完成，需要在对附加实验工作的描述的基础上实现。
接着，US1515188659公开了一种使用环形谐振器复用和解复用的方法。该解决方案的特点是复杂程度很高，并且考虑到他的设计不是纯粹的光纤，它不能简单地包含在光纤基础设施中。
发明内容
已知的解决方案的特征之一在于非常明显的复杂性。因此，本发明的目的是提供一种消除现有技术中的缺点的元件，其包括对什么模式进行刺激(可互换使用：激发、解决)以及刺激到什么程度进行高度地问题控制，以及使用哪种模式才能使信号可以有效和独立地进行。通过使用本发明，可以在一个光纤(模式复用)中实现多种模式的传输。通过使用本发明，也可以实现分插复用器/解复用器。此外，本发明的目的是开发一种纯光纤技术结构，可以避免使用光纤与平面/块状光学器件接合。根据本发明，可以寻址模式：基本模式、高阶模式和偏振模式。激发偏振模式可以有效地用于构造中，其中包括保持偏振的光纤偏振器，光纤偏振分离器(分歧器)和光纤耦合器。这些元件的构建也是市场要求的。
根据本发明的功率耦合器由于在多芯光纤结构中施加受控的孔塌陷，可实现有效的光功率耦合。应用具有有益绝缘芯体的多芯光纤作为基本介质，设定绝缘芯体被理解为具有-10dB的芯体或优选地彼此之间具有较低的串扰的芯体，由芯体邻近区域的出现保证该芯体具有低折射率的特征，相比涂层的折射率要低。在有益的实施例中，具有较低折射率的区域采取孔的形式，优选地充满空气的孔。这样的孔提供串扰最小化，并且它们对信号传播参数(损耗、色散)的影响是有益的，不明显的。此外，由于有孔，理论上可以将光输入到耦合器，而不会产生任何损失。
在其基本构造中，根据本发明的光纤耦合器包含一侧与单根光纤(优选标准单模光纤)连接且在另一侧与至少两根单根光纤(优选标准单模光纤)连接的多芯光纤，其可以放置在毛细管中，也可以被蚀刻和/或渐缩以将它们的芯与多芯光纤的芯对准，并且多芯光纤至少有一个段是在300微米以上的部分渐缩和/或这部分的孔是塌陷的。而执行功率分配的方式是，来自单个光纤的信号通过微结构化多芯光纤的芯体之一，优选地是中心的一个，并且由于芯体的绝缘，信号通过这个芯体直抵微结构化多芯光纤的孔塌陷和/或锥形区域。在微结构化多芯光纤的孔塌陷和/或渐缩的区域，芯体绝缘通过增加芯体间的串扰以受控的方式减少，通过适当地选择孔渐缩和/或塌陷过程的参数来执行，如，优选通过在熔接分歧器实现。锥形腰部区域和过渡区域和/或孔塌陷区域之外的多芯光纤段的长度对耦合器性能和功率的有效分配影响较小。
在微结构化多芯光纤的孔塌缩和/或锥形区域中，芯体不是绝缘的，超光会发生。因此，由于孔塌陷导致的芯体绝缘的降低和/或由于将芯体彼此靠近(即渐缩段)，并且由于所集成的芯体被耦合(特定芯体之间的串扰增加)，光纤实现了从绝缘芯体操作到耦合核心操作。
结果，在一个芯体中传导的功率得以分配，优选地分配到所有芯体。在一个有益的实施例中，渐缩段的长度为300um以上，且/或该渐缩段中的孔塌陷，并且渐缩长度和渐缩率和/或孔的塌陷水平决定了功率分配的程度；而可以找到所有芯体的功率有益地平均分配所需的渐缩长度和渐缩比和/或孔塌陷水平。
渐缩比率被认为是锥形腰部区域中的纤维横截面减少的百分比，而在有益的实施例中，该横截面以均匀的方式减小。渐缩长度优选地通过旨在达到期望的功率分配的实验来选择。
基于微结构多芯光纤的设计，可以实现任何MxN分配。芯体的完全塌陷对于实现各种类型的效果并非必需的。另外，通过引入外部相互作用，可以通过温度、应力(拉伸，压缩，扭转，弯曲等)、压力等来实现对特定芯体的多种功率分配。多芯光纤的设计通过渐缩和/或孔塌陷直接影响功率分配。
在另一个实施例中，根据本发明的光纤耦合器包含至少一个输入光纤，优选单模，以及N个输出光纤和具有绝缘芯的至少N芯多芯光纤。
在标准单模光纤/光纤中传播的信号被传送到多芯微结构光纤的一个芯体。
输入光纤/光纤被接合到多芯光纤。在传到多芯光纤后，信号在渐缩段中传播，且/或没有孔塌陷，进一步在其进入的芯体上传播，直到锥形区域(过渡锥形区域，然后是锥形腰部区域)和/或孔塌陷区域。
在过渡锥形区域中，光纤的横截面减小，涂层，芯和孔的直径都减小，以此进行渐缩操作，直到获得设计的锥形腰部直径为止。孔直径减小和特定芯的接近以及芯直径减小引起传播特性的变化，即所谓的芯绝缘减少，由于超级光的生成，这带来了功率从任意芯转移到剩余核心的可能性。在渐缩腰部区域，孔完全塌陷或其直径保持恒定。
根据所需的功率分配，通过选择减小孔的直径和选择渐缩段(过渡锥形区域和锥形腰部区域)的长度和锥形腰部的比率，可以调整分配。对于这种光纤设计，存在允许相等的功率分配的参数组合。在渐缩段中能否取得固定功率分配取决于从过渡段到具有绝缘芯段的通道中的模式结构的“冻结”。在本发明中实现的低损耗是对超光的恒定刺激的结果，这是通过纤维和/或孔塌陷的特征性渐缩实现的。在接头上的孔塌陷可形成可用作分离器的装置，但损耗通常较高。
根据本发明的装置也可以以下列方式使用。例如，当在输入光纤中传播两个波长时，它们中的每一个都有不同的路径，每个给定波长都将各自完全位于多芯光纤的两个芯体之一，特别是双芯光纤。因此，可以选择渐缩和/或孔塌陷参数，以便将在输入光纤中传播的两个波长分离进多芯光纤的独立芯体中，并且依次输入到输出光纤中。将波长分离进特定芯体的相同原理可以应用于比本实施例中提出的两个芯体更多数量的芯体，以及更多数量的波长。
在特定应用中，在本发明的一个有益实施例中，信号仅从一个输出收集。这种情况发生在例如必须滤除某些波长，而不是只分离波长。这里，装置的操作原理没有改变，但是元件的目的改变了。当滤除波长时，使用一根或多根输出光纤，余下的光纤不用，或者一根光纤可以拼接到输出端。从技术的角度来看，将一根光纤接合到输出端是有益的。光谱的有效波长过滤也可以通过使用具有不同渐缩参数锥形适配器的串联来进行。
也可以调整渐缩参数来按照输入功率的特定百分比受控输出——在这种情况下，装置以衰减器功能运行。这种元件可以应用在光学腔中，用于调节光学腔的Q因子(作为Q开关的操作)。
上述具体的耦合器操作原理可以以下列方式有利地向利用。可以将光束信号输入到光纤中，光纤被拼接到具有绝缘芯的多芯光纤。在非渐缩段中，相对于在输入光纤中的传播，传播不改变特性。在锥形和/或孔塌陷区域中，传播从绝缘核心操作到耦合核心操作。超光由此生成，结果是，独立运行的信号现在被合并。至少一根单芯光纤被拼接到多芯光纤。这样，来自输入芯体的具有足够功率损耗的合并信号现在在输出光纤/光纤中传播。因此，这是与分歧器配置相关的“镜像”配置，以下称为组合器，其不需要对系统进行任何结构和/或技术修改，而是在输入—输出布置方面引入修改。这种配置的应用可以如下。当在由输入光纤构成的每个光纤中传播不同的波长时，在输出光纤/光纤中获得混合信号，并且在一个光纤中传播具有若干波长的信号。
在另一个实施例中，根据本发明的耦合器使得能够用于受控寻址模式的元件得以构造，并且其包括多芯光纤，该多芯光纤具有由较低折射率的区域(空间)绝缘的芯体。优选地，多芯光纤中至少一个芯体是多模或双折射(其具有独立的偏振模)，这意味着其模式可以被独立地寻址(可互换：被激励、激发、多路复用)。优选地，当寻址芯体和被寻址芯体的每个芯体都被绝缘结构包围时，绝缘结构将芯体之间彼此绝缘，优选地，当绝缘结构拥有具有较低折射率区域的形式时，特别是拥有由空气或其他气体、固体或液体填充的孔时。特别地，孔可以用纤维包层的材料填充，然后整个包层用作具有降低的折射率的区域，其使芯体绝缘。绝缘用于保持芯体上的超光以较低效率生成(构建)——在绝缘未减少的区域，超光的构建是在任何一对芯体之间观测到的最大串扰小于-10dB情况下实现的。
寻址芯体，或者复用芯体(其中的一个模式被寻址/复用)是多模式和/或双折射的，并且它具有特定模式已经分离出的有效折射率。芯体的双折射通过任何已知的方法实现，例如，芯体的椭圆度或芯体周围的应力状态。“多模式”和“少模式”的术语被理解为任何情况，其中芯纤维具有至少两种模式，包括在所使用的波长处的分离偏振模式。在文献中，多模光纤与多模光纤之间没有明确的区别，因此在专利的后半部分，这些术语可互换使用。
在被寻址芯体的附近，存在至少一个，优选地是单模式寻址芯体，或者复用芯体(一种其模式可用于激发/寻找被寻址/复用的芯体中的特定模式的芯体)，其已选定了有效的折射率，使其与所寻址的芯体中的一种模式的有效折射率匹配。“特定模式的刺激/激发”意味着其在寻址及据此有效地构建芯体上的超光(及实际上观察串扰)的能力，在分开考虑芯体时，其通过调节模式的有效折射率可设定条件。在减少绝缘后，芯体耦合，所以不要谈论个别模式，而要讨论关于在两个芯体共同上创建的超光。
选择模式的有效折射率，以使单个芯体具有独立的有效折射率而其他具有已经调整的有效折射率，这种方式有两个作用。首先，它减少了寻址芯体之间的串扰(通过分离每对模式的有效折射率促成超光的低效构建)，其次，通过相位匹配，可以实现寻址核体和被寻址芯体之间的有选择的串扰(超光的高效构建)。由于具有绝缘芯体的结构中的模式可以进行有效折射率的选择，可以在绝缘减小(缩减)的区域中形成各种不同超光也就成为可能，在特定模式下折射率越接近，其上的超光构建越高效，因此以被寻址模式(基本模式、高阶模式、偏振模式)的形式存在于寻址芯体中的功率与以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率比将更大。
具有绝缘芯的至少双芯的多芯光纤连接到至少一个至少单芯的输入光纤并且在多芯光纤的另一侧上至少连接至少一根至少单芯输出光纤，并且附接到多芯光纤的输入光纤和输出光纤可以放置在毛细管中，并且可以被蚀刻和/或渐缩，以使得它们的芯体优选地与多芯光纤的芯体对准(扇入-扇出元件类型)。在多芯纤维的至少一段中，芯体绝缘会减小(缩减)，会通过减小(缩减)芯体附近的具有降低的折射率的区域的尺寸和/或通过其结构塌陷实现。在芯体绝缘减少的领域，超光形成于特定的寻址芯体和被寻址芯体——其形状决定了串扰。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。通过在减少绝缘之前调整每对模式的有效折射率(在减少隔离之后已经有关于超光的讨论了)，实现了超光的高效率构建(定义为最终串扰)。
多芯纤维的结构优选是渐缩的和/或结构中的孔是塌陷的，优选至少在一个部分上塌陷，至少在能够观察到以被寻址的模式的形式存在于被寻址芯体中的功率的部分。优选地，锥形的最小长度和/或孔的塌缩等于300微米。锥形的长度和/或孔的塌陷优选地最大长度等于多芯纤维的使用部分的长度。优选地，渐缩比率在0-95％之间。渐缩比率被认为是锥形腰部区域中的纤维横截面减少的百分比，在有益的实施例中，该横截面以均匀的方式缩减。优选地，光纤具有涂层。
在优选实施例中，输入单芯光纤，所使用波长的单模，优选其中的七个，被拼接到多芯光纤的特定芯体中，优选七个芯体。选择多芯光纤的寻址芯体的折射率和直径的属性，以使得多芯光纤的所有寻址模式具有不同的有效折射率。被寻址的芯体是多模的，并且其模式的折射率会选择能给匹配寻址芯体中的每个模式的有效折射率。在非绝缘缩减的区域，超光的构建方式是任何一对芯体之间观测到的最大串扰小于-10dB。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
对于多芯光纤的输出端，多模光纤优选地与和多芯光纤的被寻址芯体具有相同或相似特性的光纤拼接，特别是单核的光纤。因此，在多模光纤中，传输是通过使用模式复用来实现的。因此，上述具有可受控减少芯体绝缘的多芯光纤是一种支持多模光纤寻址模式的元件(耦合器)。在这种配置中，特别是七芯光纤，寻址芯体的六种基本模式寻到了被寻址芯体中的六种高阶模式。通过将光纤初始拼接到该芯体，可激发被寻址芯体中的基本模式。
在另一个优选实施例中，输入单芯光纤，所使用波长的单模，优选其中的三个，被拼接到多芯光纤的特定芯体中，优选四个芯体纤维。
选择多芯光纤的寻址芯体的折射率和直径的属性，以使得多芯光纤的所有寻址模式具有不同的有效折射率。被寻址的芯体是多模的，并且其模式的折射率会选择能给匹配寻址芯体中的每个模式的有效折射率。在非绝缘缩减的区域，超光的构建方式是任何一对芯体之间观测到的最大串扰小于-10dB。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
对于多芯光纤的输出端，多模光纤优选地与和多芯光纤的被寻址芯体具有相同或相似特性的光纤拼接，特别是单核的光纤。因此，在多模光纤中，传输是通过使用模式复用来实现的。因此，上述具有可受控减少芯体绝缘的多芯光纤是一种支持多模光纤寻址模式的元件(耦合器)。在这种配置中，寻址芯体的三种基本模式寻到了被寻址芯体中的一种基本模式和两种高阶模式。
类似地，可以使用根据本发明的耦合器对多模光纤中的信号进行解复用——在个别模式中编码的多模光纤传输的信息可以分离进单独的芯体，并进一步分成单独的光纤。
在另一个优选实施例中，单芯光纤被拼接到多芯光纤的寻址芯体，优选双芯，其中信号在寻址芯体中传播。多芯光纤的被寻址芯体具有高双折射——当前的偏振模式具有独立的有效折射率。多芯光纤的被寻址芯体具有较低的双折射——当前的偏振模式具有相同的模式有效折射率，允许称之为单模芯体。被寻址芯体(偏振模式x)中的偏振模式之一与多芯纤维的寻址芯体中的模式具有同等有效折射率。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
一种偏振模式在具有高双折射的被寻址芯体中传播。在具有塌陷孔的部分之后，信号在具有高双折射的芯体中传播，其中仅有一个偏振模式被有效地激发。对于具有高双折射的芯体，优选双折射，偏振保持光纤被拼接起来。这种方式的寻址偏振模式使得有效寻到一种偏振模式，由此构建出具有光纤偏振的功能的耦合器。
在另一个优选实施例中，单芯光纤被拼接到多芯光纤的寻址芯体，优选三芯光纤。多芯光纤的寻址芯体具有低双折射——当前的偏振模式具有相同的模式有效折射率，允许称之为单模芯体。在寻址芯体附近的多芯光纤被寻址芯体具有高双折射——当前的偏振模式具有独立的有效折射率。第一被寻址芯体(偏振模式x)中的偏振模式之一与多芯纤维的寻址芯体中的模式具有同等有效折射率，而第二被寻址芯体(偏振模式y)中的具有与多芯纤维的寻址芯体中的模式具有同等有效折射率。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
在具有塌陷孔的部分之后，信号在具有高双折射的芯体中传播，其中仅有一种偏振模式被有效地激发——位于第一寻址芯体中的偏振模式(x)和位于第二寻址芯体中的偏振模式(y)之一的。对于具有高双折射的芯体，优选双折射，偏振保持光纤被拼接起来。这种方式的寻址偏振模式使得有效寻到一种偏振模式，由此构建出具有光纤偏振分离功能的耦合器。
在另一个优选实施例中，双折射单芯光纤被拼接到多芯光纤的寻址芯体，最好是双核。多芯光纤的寻址芯体具有高双折射——当前的偏振模式具有独立的有效折射率。在寻址芯体附近的多芯光纤的被寻址芯体也具有高双折射——当前的偏振模式具有独立的有效折射率。优选地，寻址芯体和被寻址芯体是同质的。
被寻址芯体具有偏振模式(x)和(y)，这些模式具有与寻址芯体中的偏振模式(x)和(y)的折射率匹配的有效折射率。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
在具有塌陷孔的部分之后，信号在具有高双折射的芯体中传播，其中偏振模式被激发——偏振模式(x)和偏振模式(y)。对于具有高双折射的芯体，优选双折射，偏振保持光纤被拼接起来。这种方式的寻址偏振模式使得有效寻到特定的偏振模式，由此构建出维持偏振的耦合器。
在能够实现分插复用的另一个优选实施例中，包括向一个芯体中传播的信号添加/释放一个信道，使用多芯光纤，优选地使用具有折射率降低的区域对芯体进行芯绝缘的双芯光纤。多芯光纤优选具有至少一个单模芯体，优选至少一个多模芯体。在单模芯体中的模式的有效折射率与多模芯体中的一种模式的有效折射率相匹配。在多芯光纤的两侧，优选双芯光纤，两个单芯光纤被连接，优选地具有与双芯光纤的芯体匹配的芯体。在非减少绝缘的区域，超光的构建立方式是使任何一对芯之间观测到的最大串扰小于-10dB(它们无效率地构建)。
在某些部分，优选在至少为300微米的部分，具有降低的折射率的区域(它们将芯体分开)，会塌陷或者它们的尺寸会减小(例如通过渐缩)，这导致芯体绝缘减少，超光构建导致串扰增加。在多芯光纤输出端以被寻址模式存在于被寻址芯体中的功率与在多芯光纤输入端的以寻址模式形式存在于寻址芯体中的功率的比值大于-5dB，优选大于-3dB。在仅激发一个寻址芯体的情况下，在特定寻址芯体和被寻址芯体中以非寻址模式(通过初始激发的寻址模式)形式存在于多芯输出端的功率与在多芯输入端以寻址模式形式存在于初始激发寻址芯体中的功率比小于-10dB，优选小于-14dB。在位于修改部分末尾出现的每个被寻址模式中的功率分配被“冻结”，并且该条件由多芯光纤的未修改部分进一步传输。
因为单模光纤芯和其中一个多模光纤芯的模式在隔离度减少之前具有相匹配的折射率，所以超模式建立在隔离度减少的区域。因此，单模光纤芯的模式可以传送多模光纤芯中的一种模式，而多模光纤芯的模式可以传送单模光纤芯的模式。因此，一种称多路复用器/解复用器的复用器/解复用器是可能实现的。这时，单模光纤芯和多模光纤芯既可以是输入端也可以是输出端。
在本发明的优选实施例中，光纤卷绕或安装在使光纤变形或改变其温度的元件上，特别是在能使光纤变形的压电装置或机械装置上，这种装置能改变光纤的锥形长度，改变锥形化的张力，在特定的光纤芯之间转换信号，同时该装置可用作光开关功能工作。
在实例和附图中详细介绍了本发明的主题，这并不排除在本文所阐述的操作原理下产生的本发明的其他可能结构。
附图说明
图1展示了本发明的一种优选实施例，视图显示了具有所示截面(1A-1A)的标准单模光纤(1)与微结构多芯光纤(2)的结合，其中锥形区域是可见的，然后，将多芯光纤(2)接合至设置于毛细管(3)中的输出光纤束，其横截面(3A-3A)如图所示，图未维持比例。
图2显示了微结构化多芯光纤的锥形特征，图未维持比例，其中横截面A-A是非锥形微结构多芯光纤，横截面B-B是具有部分塌陷孔的微结构多芯光纤的锥形过渡区域，横截面C-C示出了具有完全塌陷孔的微结构多芯光纤的锥形腰部区域。
图3示出了多芯光纤的锥形化，其中(a)部分是直径为(d1)的非锥形光纤区域，而(b)部分是锥形直径渐缩/增大的锥形过渡区域，剖面c是以具有锥形腰直径(d2)为特征的锥形腰部区域。
图4示出了具有直径(d3)的光纤芯(4)和直径(d4)的包层(5)的标准单模光纤(1)的横截面。
图5给出了一种具有直径(d5)的光纤芯(4)、直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的空气孔(6)的无锥形微结构七芯光纤的模型，其可以用于构建本发明。
图6示出了一种具有直径(d8)的部分塌缩孔(6)和具有直径(d9)减小的光纤芯(4)和具有直径(d10)减小的包层(5))的微结构化多芯光纤。
图7给出了具有完全塌陷孔的微结构多芯光纤，其特征在于具有直径(d1)减小的光纤芯(4)和具有直径(d12)减小的包层(5)。
图8示出了设置在毛细管(7)中的一束标准单模光纤，其中单模光纤的芯(4)具有直径(d13)，单模光纤的包层(5)直径(d14)，毛细管内径(d14)和毛细管外径(d15)是可见的。
图9表示本发明作为NxN光纤耦合器工作的优选实施例。
图10示出了具有两个输入(输出)和七个输入(输出)的本发明的优选实施例，其中标记了在横截面4A-4A中用于毛细管(7)几何填充的玻璃棒(8)。
图11给出了一种具有锥形微结构双芯光纤的模型，其具有直径(d5)的芯(4)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的空气孔(6)，其可用于构建本发明。
图12示出了具有两个输入(输出)和一个输出(输入)的本发明的有益实施例，其中(1)是单模光纤，(2)是多芯光纤。
图13示出了本发明的优选实施例实例6，其中的设置于具有所示截面(3A-3A)毛细管(3)中的一束标准单模光纤(1)与具有可见锥形部分的微结构化多模光纤(2)接合，然后将该多芯光纤(2)接合到横截面(9A-9A)如图所示的多模光纤(9)上，图未维持比例。
图14示出了实例6的具有直径(d17)的芯(10)和直径(d16)的包层(5)的多模光纤(9)的横截面。
图15示出了来自实例6的无锥形和塌陷孔的具有直径(d5.1-d5.6)的单模光纤芯(4.1-4.6)，直径(d17)多模光纤芯(10)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)的多模光纤的例子，可用于本发明的结构中。
图16显示了实例6中微结构化多芯光纤的锥形特征，图未维持比例，其中横截面A-A是指非锥形微结构多芯光纤，横截面B-B是指具有部分塌陷孔的微结构多芯光纤的锥形过渡区域，剖面C-C示出了具有完全塌陷孔的微结构化多芯光纤的锥形腰部区域。
图17呈现了一种基于空间复用的传输系统，其根据本发明实例6的耦合器，在多模光纤(9)的首端和末端相应地构造复用器和解复用器，图未维持比例。
图18示出了本发明的优选实施例实例7，其中设置于毛细管(3)中的标准单模光纤(1)与具有可见锥形部分的微结构化四芯光纤(2)的接合，然后将四芯光纤(2)连接至具有图示的横截面(9A-9A)的多模光纤(9)，图未维持比例。
图19示出了来自实例7的无锥形和塌陷孔的具有直径(d5.1-d5.3)的单模光纤芯(4.1-4.3)，直径(d17)的多模光纤芯(10)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)的多芯光纤的例子，可用于本发明的结构中。
图20给出了本发明的优选实施例实例8，其是单芯光纤(1)与具有可见锥形部分的微结构多芯光纤(2)的接合的视图，该多芯光纤(2)然后连接到偏振保持双折射光纤(11)，图未维持比例。
图21示出了实例8中双芯微结构光纤的例子，该光纤无锥形和塌陷孔，具有直径(d5)的单模光纤芯(4)，短轴(d18)和长轴(d19)的双折射光纤芯(12)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)，可用于本发明的结构中。
图22给出了本发明的优选实施例实例9，其中单芯光纤(1)与具有可见锥形部分微结构多芯光纤(2)接合，该多芯光纤(2)然后连接到偏振保持双折射光纤(11)，图未维持比例。
图23示出了实例9中微结构双芯光纤的例子，该光纤无锥形和塌陷孔，具有直径(d5)的单模光纤芯(4)，短轴(d18.1和d18.2)和长轴(d19.1和d19.2)的双折射芯(12.1和12.2)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)，可用于本发明的结构中。
图24示出了本发明的优选实施例实例10，单芯双折射光纤(13)与具有可见锥形部分的微结构多芯光纤(2)的接合，该光纤(2)然后连接到偏振保持双折射光纤(11)，图未维持比例。
图25示出了实例10双芯微结构光纤的例子，该光纤无锥形和塌陷孔，具有短轴(dl8.1和dl8.2)和较长轴(dl9.1和19.2)的双折射芯(12.1和12.2)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)，可用于本发明的结构中。
图26示出了本发明的优选实施例实例11，单芯光纤(1)和(9)与具有可见锥形部分的微结构多芯光纤(2)接合，该光纤(2)然后连接到输出单芯光纤(1)和(9)，图未维持比例。
图27示出了实例11双芯微结构光纤的例子，该光纤无锥形和塌陷孔，具有直径(d5)单模光纤芯(4)和直径(d17)的多模光纤芯(10)，晶格常数(Λ)，直径(d6)的包层(5)和直径(d7)的气孔(6)，可用于本发明的结构中。
具体实施方式
实例1
本发明的一种光纤耦合器，包括输入光纤(1)，然后将其接合至形式为七芯微结构多芯光纤(2)，该光纤(2)被接合至包括七个输出光纤(3)的一束光纤。
信号在标准单模光纤(1)康宁SMF-28e+中传播，然后传递到微结构多芯光纤(2)的中心光纤芯。单芯光纤(1)优选地通过熔接拼接到多芯光纤(2)，优选使用熔接装置(VytranGPX-3400或FujikuraFSM70)。
在传递到多芯光纤(2)之后，信号在仍然在中心芯部的部分(a)中传播，直到达到锥形(b，c)。锥形(b)部分优选为5mm以上，锥形区域内光纤的各组分横截面减小：包层(5)、光纤芯(4)和孔(6)的直径。
孔(6)横截面的减少导致传播特性的变化，即所谓的光纤芯绝缘降低，由于超模式的产生使功率从任意光纤芯传递到余下光纤芯成为可能。因此，信号的传播从绝缘光纤芯中传递到耦合光纤芯中。主要在(c)部分(其中孔完全塌陷)以及(b)部分(其中孔直径减小/增加)执行对所有光纤芯部功率的等量分配。
截面(c)的长度为5mm。在(c)部分之后到达锥形的过渡区域(b)，由于孔(6)的出现，每个芯部的功率继续独立地传播。通过锥形部分后，在(a)部分中，有七个芯部(4)，每个芯部(4)传播了一定比例的功率。由于气孔(6)的出现，来自一个芯部的信号不影响来自其他芯部的信号的传播，因此再次进行信号在绝缘光纤芯中的传播。传播七芯光纤信号的多芯光纤接合至一束独立的单模光纤(3)。接合是在熔接过程中产生的，并且在适用的文献中详细描述了这种器件的制造及其与多芯光纤的接合。在通过单模光纤束(3)后，我们获得了存在于独立的单模光纤中的七个信号，这些信号可以从某一个单模光纤(1)中被重定向到特定的接收器。
锥形部分(b，c)，b＝5mm和c＝5mm，多芯光纤的锥度比等于20％((c)部分腰的直径达100μm)，多芯光纤参数为：芯直径d5＝6.5μm，包层直径d6＝125μm，孔直径d7＝5.8μm，晶格常数Λ＝8.2μm。
实例2
在优选实施例中，本发明的一种光纤耦合器用于将功率从两个输入光纤(1)分配到一束七根光纤(3)，并且将该实例应用于微结构化多芯光纤(2)。单模光纤(1)是康宁SMF-28e+光纤。
使用熔接装置(VytranGPX-3400或FujikuraFSM70)，将两根单芯光纤(1)通过熔接接合至多芯光纤(2)。而该束光纤中的单芯光纤接合至多芯光纤的不同光纤芯。在传递到多芯光纤(2)之后，信号仍然在部分(a)中两个芯中的传播，直到达到锥度(b，c)。锥形(b)部分优选为5mm以上，锥形区域内光纤的横截面减小：包层(5)、芯(4)和孔(6)的直径。
孔横截面(6)的减少导致传播特性的变化，即所谓的光纤芯绝缘降低，由于超模式的产生使功率从任意芯传递到剩余芯成为可能。因此，因此，信号的传播从绝缘光纤芯中传递到耦合光纤芯中。主要在(c)部分(其中孔完全塌陷)以及(b)部分(其中孔直径减小/增加)执行对所有芯部功率的相等分配。
截面(c)的长度为7mm。在(c)部分到达锥形的过渡区域(b)之后，由于孔(6)的出现，每个芯部的功率继续独立地传播。通过锥形部分后，在(a)部分中，有七个芯部(4)，每个芯部(4)其中传播了一定比例的功率。
由于气孔(6)的出现，来自一个芯部的信号不影响来自其他芯部的信号的传播，因此再次进行信号在绝缘芯中的传播。七芯光纤中传播信号的多芯光纤接合至一束独立的单模光纤(3)。接合是在熔接过程中产生的，并且在适用的文献中详细描述了这种器件的制造及其与多芯光纤的接合。在通过单模光纤束(3)后，我们获得了存在于独立的单模光纤中的七个信号，这些信号可以从两个单模光纤(1)中被重定向到特定的接收器。
锥形部分(b，c)，b＝5mm和c＝5mm，多芯光纤的锥度比等于20％((c)部分腰的直径达100μm)，多芯光纤参数为：芯直径d5＝6.5μm，包层直径d6＝125μm，孔直径d7＝5.8μm，晶格常数Λ＝8.2μm。
实例3
在图9所示的本发明的优选实施例中，本发明一种光纤耦合器用于将来自七个输入光纤(1)中每一个功率耦合到一束光纤中的七个输出光纤(3)中的每一个，所述输出光纤(3)采用微结构多芯光纤(2)。信号通过康宁标准单模光纤(1)SMF-28e+传播，然后传递到微结构多芯光纤(2)的核心。
使用熔接装置(VytranGPX-3400或FujikuraFSM70)，将单芯光纤(1)通过熔接接合至多芯光纤(2)。在传递到多芯光纤(2)之后，信号在仍然在两个芯中的部分(a)中传播，直到达到锥形(b，c)。锥形(b)部分优选为5mm以上，锥形区域内光纤的横截面减小：包层(5)、芯(4)和孔(6)的直径。
空洞横截面(6)的减少导致传播特性的变化，即所谓的光纤芯绝缘降低，由于超模式的产生使功率从任意芯传递到剩余芯成为可能。因此，信号的传播从绝缘光纤芯中传递到耦合光纤芯中。核心之间的信号的耦合主要在(c)部分(其中孔完全塌陷)以及(b)部分(其中孔直径减小/增加)进行。
截面(c)的长度为7mm。在(c)部分到达锥形的过渡区域(b)之后，由于孔(6)的出现，每个芯部的功率继续独立地传播。通过锥形部分后，在(a)部分中，有七个芯部(4)，每个芯部(4)其中传播了一定比例的功率。
由于气孔(6)的出现，来自一个芯部的信号不影响来自其他芯部的信号的传播，因此再次进行信号在绝缘芯中的传播。七芯光纤中传播信号的多芯光纤接合至一束独立的单模光纤(3)。接合是在熔接过程中产生的，并且在适用的文献中详细描述了这种器件的制造及其与多芯光纤的接合。在通过单模光纤束(3)后，我们获得了存在于独立的单模光纤中的七个信号，这些信号可以从两个单模光纤(1)中被重定向到特定的接收器。
锥形部分(b，c)，b＝5mm和c＝5mm，多芯光纤的锥度比等于20％((c)部分腰的直径达100μm)，多芯光纤参数为：芯直径d5＝6.5μm，包层直径d6＝125μm，孔直径d7＝5.8μm，晶格常数Λ＝8.2μm。
实例4
在图12所示的本发明的另一个实施例中，本发明一种光纤耦合器用于在两个输出光纤之间切换功率，输出光纤采用微结构化的多芯光纤(2)。在本实施例中，这可以是图11所示的双核光纤。然后，在标准单模光纤(1)康宁SMF-28e+中传播的信号，然后传递到微结构多芯光纤(2)。
使用熔接装置(VytranGPX-3400或FujikuraFSM70)，将单芯光纤(1)通过熔接接合至多芯光纤(2)。在传递到多芯光纤(2)之后，信号在仍然在接合至多芯光纤的芯的部分(a)中传播，直到达到锥形(b，c)。锥形(b)部分优选为6mm以上，锥形区域内光纤的横截面减小：包层(5)、芯(4)和孔(6)的直径。孔(6)横截面的减少导致传播特性的变化，即所谓的芯绝缘降低，由于超模式的产生使功率从最初的光纤芯传递到第二光纤芯成为可能。因此，信号的传播从绝缘光纤芯中传递到耦合光纤芯中。信号可以以任意比例在芯之间分离，这取决于锥形的长度。对于10mm的锥形(锥形腰部区域)，信号将仅在与单芯光纤接合的光纤芯中传播。对于延伸8mm锥形(锥形腰部区域)，信号将完全传递到相邻的光纤芯。中间值对应于这一种情况，此时功率在两个光纤芯中以多种比例关系传播。在多芯光纤(2)上缠绕或安装压电器时，我们可以改变锥度的长度，从而在特定芯之间转换信号，这时压电器的操作具有转换器的功能。
锥形部分(b，c)，b＝5mm和c＝10mm，多芯光纤的锥度比等于30％，多芯光纤参数为：芯直径d5＝6.6μm，包层直径d6＝125μm，孔直径d7＝6.6μm，晶格常数Λ＝7.6μm。
实例5
在图12所示的本发明的优选实施例中，本发明一种光纤耦合器用于将两个输入波长分离至特定输出光纤，输出光纤采用微结构化多芯光纤(2)，在本实施例中，可以是图11中所示的双芯光纤。在标准单模光纤(1)康宁SMF-28e+中传播的信号被传送到微结构化多芯光纤(2)。在本实施例中，在输入光纤中传播的两个波长为1550nm和1310nm。使用熔接装置(VytranGPX-3400或FujikuraFSM70)，将单芯光纤(1)通过熔接接合至多芯光纤(2)。在传递到多芯光纤(2)之后，信号在仍然在接合至多芯光纤的光纤芯的部分(a)中传播，直到达到锥形(b，c)。锥形(b)部分优选为3mm以上，锥形区域内光纤的横截面减小：包层(5)、芯(4)和孔(6)的直径。孔(6)横截面的减少导致传播特性的变化，即所谓的光纤芯绝缘降低，从而产生超模式使信号从最初的信号携带光纤芯传递到第二芯成为可能。因此，信号的传播从绝缘光纤芯中传递到耦合光纤芯中。信号可以以任意比例在光纤芯之间分离，这取决于锥形的长度。对于6mm的锥形(锥形腰部区域)，1550nm的波长将仅在接合至多芯光纤的芯中传播，并且1310nm波长将仅在相邻的芯中传播。在本实施例中，对于延伸8mm的锥形(锥形腰部区域)，1550nm和980nm之间的其它波长将被有效地分离。因为光纤能够延长，我们可以改变锥形的长度，从而产生分离波长的各种结构，并且对于本文涉及的波长，存在可以将两个波长分离成特定电信信道的锥形长度。本发明实现了WDM(波分复用)耦合器的概念的应用。
锥形部分(b，c)，b＝3mm和c＝6mm，多芯光纤的锥度比等于30％，多芯光纤参数为：芯直径d5＝6.6μm，包层直径d6＝125μm，孔直径d7＝6.6μm，晶格常数Λ＝7.6μm。
实例6
本发明的一种光纤耦合器使构建用于受控输入模式的元件成为可能，该元件包括一个多芯(七芯)光纤和波长为1550nm的单模光纤芯(4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6)，通过填充空气的低折射率的孔使多芯光纤的芯绝缘，这些单模光纤芯的折射率呈阶梯分布，且其基本模式具有不同的有效折射率。对于具有绝缘光纤芯的七芯多芯光纤(2)，使用输入/输出类型的元件，将七个输入单芯光纤(1)设置于毛细管(3)中，并在多芯光纤的相对侧安装单芯多模输出光纤(9)，多芯光纤(2)的一部分通过绝缘孔(6)的塌陷结构来降低绝缘。这些微结构元件(孔和芯)的几何中心点呈六边形点格分布，其中晶格常数(Λ)等于20μm，绝缘孔的直径为10μm，输出端多核芯(10)折射率呈阶梯式分布，这是多模式，并且使特定模式得有效折射率分离。在输出端多核芯(10)的附近，存在具有阶梯折射率分布的输入端光纤芯(4.1-4.6)，模式有效折射率的选择性使得它们与输出端各个模式的有效折射率相匹配。
在没有绝缘降低的区域中，建立了超模式，使得任何一对核之间最大能观察到的串扰小于-10dB(它们会使得传播效率低)。多芯光纤(2)的一部分结构被修改，其结构中的孔(6)塌陷，并且该部分具有足够的长度以有效地在输出光纤芯和输入光纤芯之间建立超模式。孔(6)的塌陷长度为5mm，锥形比为0.5％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，超模式建立，从而导致串扰增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-3dB。在仅激发一个输入端光纤芯的情况下，多芯光纤输出时在非输出模式下，特定输入端光纤芯和输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下最初激发的输入端光纤芯功率之比小于-14dB。每个输入模式的功率分布在修改区域尾端是“冻结”状态，并且该“冻结”状态在多芯光纤的未修改部分进一步传输。
多芯光纤(2)与单芯多模光纤(9)的输出端接合，具有与多芯光纤输出端相同或相似的特性。因此，在单芯多模光纤(9)中，使用七种模式进行模式复用。因此，上述有受控的光纤芯的多芯光纤结构中的耦合绝缘降低(减小)的耦合作用使得在多模光纤中实现输入模式成为可能。
类似地，本发明的一种光纤耦合器可以使用耦合器对多模光纤中的信号进行解复用，在多模光纤中传输的以特定模式编码的信息可以分开进入单独的光纤芯，并进一步分离进入单独的光纤。在多模光纤中结合多路复用器和解复用器配置耦合作用可以构建使用模式复用的传输系统(图17)。
多模光纤(9)尺寸：包层直径d16＝125μm；多模光纤芯(10)直径d17＝20μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2，
多芯光纤(2)尺寸：
-多模光纤芯(10)直径d17＝20μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.1)直径d5.1＝12,6μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.2)直径d5.2＝8μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.3)直径d5.3＝6.4μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.4)直径d5.4＝5.4μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.5)直径d5.5＝4.4μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.6)直径d5.6＝2μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
-包层(5)直径d6＝250μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2(石英玻璃)
-晶格常数(Λ)＝20μm
-孔(6)尺寸：直径d7＝10μm
-锥度参数：
-(b)部分＝0mm
-(c)部分＝5mm
-直径d1＝d2＝250μm
-锥度比＝0.5％(由孔塌陷造成的锥度比)
本发明的实施例实例6在图3，图13，图14，图15，图16和图17中示出。在这种配置中，输入端光纤芯的六种基本模式传送输出端光纤芯的六种较高阶模式。输出端芯的基本模式通过首先与光纤芯的光纤的接合激发。
实例7
本发明的一种光纤耦合器使构建用于受控输入模式的元件成为可能，该元件包括一个多芯光纤和波长为1550nm的单模光纤芯(4.1,4.2,4.3)，通过填充空气的低折射率的孔使多芯光纤的芯绝缘，这些单模光纤芯的折射率呈阶梯分布，且其基本模式具有不同的有效折射率。对于具有绝缘光纤芯的四芯多芯光纤(2)，使用输入/输出类型的元件，将三个输入单芯光纤(1)设置于毛细管(3)中，并在多芯光纤的相对侧安装单芯多模输出光纤(9)，多芯光纤(2)的一部分通过绝缘孔(6)的塌陷结构来降低绝缘。这些微结构元件(孔和芯)的几何中心点呈六边形点格分布，其中晶格常数(Λ)等于20μm，绝缘孔的直径为10μm，输出端多核芯(10)折射率呈阶梯式分布，这是多模式，并且使特定模式得有效折射率分离。在输出端多核芯(10)的附近，存在具有阶梯折射率分布的输入端光纤芯(4.1-4.3)，模式有效折射率的选择性使得它们与输出端各个模式的有效折射率相匹配。
在没有绝缘降低的区域中，建立了超模式，使得任何一对核之间最大能观察到的串扰小于-10dB(它们会使得传播效率低)。多芯光纤(2)的一部分结构被修改，其结构中的孔(6)塌陷，并且该部分具有足够的长度以有效地在输出光纤芯和输入光纤芯之间建立超模式。孔(6)的塌缩长度(c)为5mm，锥形过渡区域(b)＝2mm,锥形比为10％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，超模式建立，从而导致串扰增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-3dB。在仅激发一个输入端光纤芯的情况下，多芯光纤输出时在非输出模式下，特定输入端光纤芯和输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下最初激发的输入端光纤芯功率之比小于-14dB。每个输入模式的功率分布在修改区域尾端是“冻结”状态，并且该“冻结”状态在多芯光纤的未修改部分进一步传输。
多芯光纤(2)与单芯多模光纤(9)的输出端接合，具有与多芯光纤输出端相同或相似的特性。因此，在单芯多模光纤(9)中，使用七种模式进行模式复用。因此，上述有受控的光纤芯的多芯光纤结构中的耦合绝缘降低(减小)的耦合作用使得在多模光纤中实现输入模式成为可能。
类似地，本发明的一种光纤耦合器可以使用耦合器对多模光纤中的信号进行解复用，在多模光纤中传输的以特定模式编码的信息可以分开进入单独的光纤芯，并进一步分离进入单独的光纤。在多模光纤中结合多路复用器和解复用器配置耦合作用可以构建使用模式复用的传输系统。
多模光纤(9)尺寸：包层直径d16＝125μm；多模光纤芯(10)直径d17＝20μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2，
多芯光纤(2)尺寸：
-多模光纤芯(10)直径d17＝10μm，掺杂有9mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.1)直径d5.1＝10μm，掺杂有2mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.2)直径d5.2＝8μm，掺杂有11.3mol％GeO2的SiO2；
-芯(4.3)直径d5.3＝10μm，掺杂有6.1mol％GeO2的SiO2；
-包层(5)直径d6＝250μm，掺杂有0mol％GeO2的SiO2(石英玻璃)
-晶格常数(Λ)＝16μm
-孔(6)尺寸：直径d7＝8μm
锥度参数：
-(b)部分＝2mm
-(c)部分＝5mm
-直径d1＝250μm
-锥度比＝10％(d2＝225μm)
本发明的实施例实例7在图3，图18，图19中示出。在这种配置中，输入端光纤芯的三种基本模式传送输出端光纤芯基本模式和两种较高阶模式。
实例8
本发明的一种光纤耦合器使构建用于受控输入偏振模式的元件成为可能，该元件包括一个在特定模式下具有不同折射率光纤芯的多芯光纤(2)和具有一个双折射率光纤芯的多芯光纤(12)。输入端光纤芯附近有一个波长为1550nm的单模光纤芯，单模光纤芯的折射率呈阶梯式分布，折射率可与偏振模式(偏振模式X)之一的输入端光纤芯(12)匹配。对于具有绝缘光纤芯的多芯光纤(2)，连接有输入单芯光纤(1)，并且在多芯光纤的相反侧连接有一个单芯双折射率偏振保持光纤(11)，在多芯光纤(2)的一个部分通过绝缘的孔塌陷和光纤的锥形化来降低绝缘。多芯光纤(2)的输入端光纤芯(12)具有阶梯式分布的折射率，并且具有双折射性，使特定偏振模式的有效折射率分离。在绝缘性没有降低的区域，建立了超模式，使得任何一对核之间的最大观察到的串扰小于-10dB(它们使得传播效率低)。多芯光纤(2)的一部分结构被修改，使得其结构中的孔(6)塌陷，孔(6)的塌缩长度(c)为3mm，锥形过渡区域(b)＝2mm,锥形比为20％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，超模式建立，从而导致串扰增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-4dB。更进一步，在非输出模式下，多芯输出时输出端光纤芯的功率与多芯输入时输入模式下的最初功率之比小于-12dB。每个输入模式的功率分布在修改区域尾端是“冻结”状态，并且该“冻结”状态在多芯光纤的未修改部分进一步传输。
在孔塌陷部分后，信号在更高双折射率光纤芯中传播，其中仅有一个偏振模式被有效地激发。具有双折射性和偏振保持的输出光纤被接合到具有高双折射率的光纤芯上。
上述具有受控绝缘降低光纤芯多芯光纤的耦合作用通过构建光偏振使输出偏振模式成为可能。使用构造相反的耦合器也是可能的。
多芯光纤(2)尺寸：
-芯(4)直径d5＝8.2μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2；
-芯(12)短轴d18＝6μm，长轴d19＝12.4μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2
-包层(5)直径d6＝125μm，掺杂0mol％GeO2的SiO2(二氧化硅玻璃)；
-晶格常数(Λ)＝16μm
-孔(6)尺寸：直径d7＝10μm
锥度参数：
-(b)部分＝2mm
-(c)节＝3mm
-直径d1＝125μm
-锥度比＝20％(d2＝100μm)
本发明的实施例实例8在图3，图20，图21中示出。在这种构造中，输出端光纤芯(4)的基本模式可传输输入光纤芯的偏振模式。
实例9
本发明的一种光纤耦合器使得构建用于受控输入偏振模式的元件成为可能，该元件包括，该元件包括一个在特定模式下具有不同折射率光纤芯的多芯三芯光纤2和具有两个双折射率的光纤芯(12.1)和(12.2)的多芯光纤，输出端芯附近有一个波长为1550nm的单模光纤芯，单模光纤芯的折射率呈阶梯式分布，可选择有效折射率，使其与输出端芯(12.1)和(12.2)偏振模式的有效折射率相匹配。对于具有绝缘光纤芯的多芯光纤(2)，连接有输入单芯光纤(1)，并且在多芯光纤的相反侧连接有一个单芯双折射率偏振保持光纤，在多芯光纤的一个部分通过绝缘的孔塌陷和光纤的锥形化来降低绝缘。多芯光纤的输入端光纤芯(12.1)和(12.2)具有阶梯式分布的折射率，并且他们具有双折射性，能使特定偏振模式的有效折射率分离，在没有绝缘的区域中，建立了超模式，使得任何一对核之间观察到的最大串扰小于-10dB(它们使得传播效率低)。多芯光纤(2)的一部分结构被修改，使得其结构中的孔(6)塌陷，孔(6)的塌缩长度(c)为5mm，锥形过渡区域(b)＝2mm,锥形比为10％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，超模式建立，从而导致串扰增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-4dB。在非输出模式下，多芯输出时输出端光纤芯的功率与多芯输入时输入模式下的最初功率之比小于-12dB。每个输入模式的功率分布在修改区域尾端是“冻结”状态，并且该“冻结”状态在多芯光纤的未修改部分进一步传输。在孔塌陷部分后，信号在更高双折射率光纤芯中传播，其中仅有偏振模式被有效地激发。具有双折射性和偏振保持的输出光纤被接合到具有高双折射率的光纤芯上。
上述具有受控绝缘降低光纤芯多芯光纤的耦合作用通过构建光偏振分离偏振状态，使输出偏振模式成为可能。使用构造相反的耦合器也是可能的。
多芯光纤(2)尺寸：
-芯(4)直径d5＝8.2μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2；
-芯(12.1)短轴d18.1＝6μm，长轴d19.1＝12.2μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2；
-芯(12.2)短轴d18.2＝6μm，长轴d19.2＝12.2μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2；
-包层(5)直径d6＝125μm，掺杂0mol％GeO2的SiO2(二氧化硅玻璃)
-晶格常数(Λ)＝16μm
孔(6)尺寸：直径d7＝10μm
锥度参数：
-(b)部分＝5mm
-(c)节＝5mm
-直径d1＝125μm
-锥度比＝10％(d2＝112.5μm)
本发明的实施例实例9在图3，图22，图23中示出。在该构造中，输入端芯4的基本模式传送12.1和12.2中的输出模式的偏振模式。
实例10
本发明的一种光纤耦合器使得构建用于受控输入偏振模式的元件成为可能，该元件包括具有双折射的芯(12.1)和(12.2)的多芯双芯光纤2，光纤芯是同质的芯。对于具有绝缘芯的多芯光纤(2)，连接有输入单芯双折射偏振保持光纤(13)，并且在多芯光纤的相反侧连接有单芯双折射偏振保持光纤(11)，对心光纤的一部分通过绝缘孔塌陷和锥形来降低绝缘。
具有不同有效折射率的模式和多芯光纤(2)的芯(12.1)和(12.2)具有双折射性。在输出端光纤芯附近存在一个波长为1550nm的单模光纤芯，其具有阶梯式折射率，可选择有效的折射率，使其与偏振模式输出端光纤芯(12.1)和(12.2)的有效折射率相匹配。对于具有绝缘光纤芯的多芯光纤(2)，连接有单芯双折射偏振保持光纤(13)，并且在多芯光纤的相反侧连接有一个单芯双折射率偏振保持光纤(11)，在多芯光纤(2)的一个部分通过绝缘的孔(6)塌陷和光纤的锥形化来降低绝缘。多芯光纤(2)具有阶梯式分布的折射率，能使特定偏振模式的有效折射率分离，在没有绝缘的区域中，建立了超模式，使得任何一对核之间观察到的最大串扰小于-10dB(它们使得传播效率低)。多芯光纤(2)的一部分结构被修改，使得其结构中的孔(6)塌陷，孔(6)的塌缩长度(c)为5mm，锥形过渡区域(b)＝2mm,锥形比为10％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，从而导致串扰增加。芯绝缘降低引起超模式建立，这又导致串扰的增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-3dB。
在具有孔塌陷部分后，信号在更高双折射率光纤芯中传播，其中仅有偏振模式被有效地激发-(x)和(y)。具有双折射性和偏振保持的输出光纤被接合到具有高双折射率的光纤芯上。
上述具有受控绝缘降低光纤芯的耦合器结构是一种通过构建光偏振使输出偏振模式成为可能的元件。因此，在建立光分路器时保持了偏振——存在于光纤芯(12.1)传播的信号被分在光纤芯(12.1)和(12.2)中，偏振状态得到保持。构造相反的耦合器也是可以用作偏振合路器。
多芯光纤(2)尺寸：
-芯(12.1)短轴d18.1＝6μm，长轴d19.1＝12.4μm，掺杂有3.5mol％GeO2d的SiO2；
-芯(12.2)短轴d18.2＝6μm，长轴d19.2＝12.4μm，掺杂有3.5mol％GeO2的SiO2；
-包层(5)直径d6＝125μm，掺杂有0mol％GeO2的SiO2(二氧化硅玻璃)
-晶格常数(Λ)＝16μm
-孔(6)尺寸：直径d7＝10μm
锥度参数：
-(b)部分＝5mm
-(c)部分＝5mm
-直径d1＝125μm
-锥度比＝10％(d2＝112.5μm)
本发明的实施例实例10在图3，图24，图25中示出。在该构造中，输入端光纤芯12.1的偏振模式可传送输出端芯12.2的偏振模式。
实例11
本发明的一种光纤耦合器使得构建用于受控输入模式的元件成为可能，该元件包括多芯光纤(2)，多芯光纤(2)的光纤芯通过填充有空气的低折射率的孔使其绝缘。其中有一光纤芯(4.3)在波长1550nm时为单模，它的折射率分布呈阶梯式，第二光纤芯是多模式，它也具有阶梯式折射率。对于具有绝缘芯的多芯双芯光纤(2)，接合两根输入单芯光纤(1)和(9)，在多芯光纤(2)的另一边接合两根输出单芯光纤(1)和(9)，并且多芯光纤(2)的一部分通过绝缘孔(6)的塌陷来减少绝缘。微结构元素(孔和芯)的距离等于晶格常数(Λ)＝20μm，绝缘孔的直径为10μm，输出端光纤芯为多芯光纤芯(10)，其具有阶梯式折射率分布，并且是多模式的，分离特定模式的有效折射率。在输出端光纤芯(10)附近，存在具有阶梯式折射率分布的输入端光纤芯(4.3)，可选择模式的有效折射率，使得其与输出端光纤芯的某一模式(第三高阶模式)的有效折射率匹配。由于光纤芯(4.3)的模式和光纤芯(10)的模式之一具有匹配的有效折射率，所以在绝缘减少之前，在绝缘减少的部分中，超模式构建。因此，光纤芯(4.3)的模式可传送光纤芯(10)的模式，光纤芯(10)的模式可传送光纤芯核心(4.3)的模式。反过来，有可能实现分插复用器/解复用器。两个光纤芯(4.3)和(10)同时都是输入端光纤芯和输出端光纤芯。
在没有绝缘的区域中，建立了超模式，使得任何一对核之间观察到的最大串扰小于-10dB(它们使得传播效率低)。多芯光纤(2)的结构在一部分被修改，其结构中的孔(6)塌陷使得在芯(10)和(4.3)上足以构建超模的长度折叠。孔(6)塌陷的长度为(c)＝5mm，锥形过渡区域(b)＝2mm，锥形比为10％。
在(c)＝5mm部分中，将芯分离的孔塌陷，从而芯绝缘降低，从而导致串扰增加。芯绝缘降低引起超模式建立，这又导致串扰的增加，多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-3dB。在仅激发一个输入端光纤芯的情况下，多芯光纤输出时在非输出模式下，特定输入端光纤芯和输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下最初激发的输入端光纤芯功率之比小于-14dB。每个输入模式的功率分布在修改区域尾端是“冻结”状态，并且该“冻结”状态在多芯光纤的未修改部分进一步传输。
多模光纤尺寸(9)：包层直径d16＝125μm，芯直径d17＝20μm，掺杂有5.8mol％GeO2的SiO2；
多芯光纤(2)尺寸：
-多模光纤芯(10)直径d17＝20μm，掺杂有5.8摩尔％GeO2的SiO2；
-芯(4.3)直径d5.3＝6.4μm，掺杂有5.8摩尔％GeO2的SiO2；
-包层(5)直径d6＝250μm，掺杂0mol％GeO2的SiO2(二氧化硅玻璃)
-晶格常数(Λ)＝20μm
-孔(6)尺寸：直径d7＝10μm
锥度参数：
-(b)部分＝2mm
-(c)部分＝5mm
-直径d1＝250μm
-锥度比＝10％(d2＝225μm)
本发明实施例在图3，图26，图27中示出。在该构造(多路复用器)中，光纤芯(4.3)传送光纤芯的第三高阶模式，第三高阶模式的光纤芯10传送光纤芯4.3的模式。此外，在多模光纤芯中，由于初始激发，其他模式正在传送。在这种构造中，可以向正在传播其他模式的光纤芯10中增加附加信号，并且可以从在该光纤芯中传播的其它信号中卸载一个信号。关于实现分插复用的示例有从一个光纤芯中传播的信号中添加/释放某一信道。

Claims (27)

1.一种光纤耦合器，其包含具有绝缘芯的多芯光纤，芯绝缘作用可解释为光纤芯附近出现折射率降低的特征的区域，其特征在于，包含至少一个输入光纤，所述输入光纤连接到具有绝缘芯的至少N芯的多芯光纤，所述多芯光纤连接到N个输出光纤，并且所述多芯光纤至少一个部分的芯绝缘作用减弱是通过降低光纤芯附近折射率区域的尺寸减小得到。
2.根据权利要求1所述的一种光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤具有空气辅助绝缘的绝缘芯。
3.根据权利要求1或2所述的一种光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤的至少一个片段在某一部分为锥形，并且具有可塌陷的孔。
4.根据权利要求1至3任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤至少一个片段不是锥形，并且其孔完全塌陷。
5.根据权利要求1至4任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤的芯绝缘作用使串扰在-10dB或更低时发生。
6.根据权利要求1至5任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，至少两根单独的光纤被拼接到具有绝缘芯的所述多芯光纤的两侧。
7.根据权利要求1至6任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤锥形的长度大于300μm,并且设计的信号级别划分取决于锥形的长度和角度和/或孔塌陷。
8.根据权利要求1至7任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，功率的分配相等。
9.根据权利要求1至8任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述锥度比为0-95％，并且所述锥形比率解释为光纤横截面减小的百分比。
10.根据权利要求1至9任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，接合到所述多芯光纤的单个光纤是标准单模光纤。
11.根据权利要求1至10任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，拼接到所述多芯光纤的单个光纤是标准单模光纤，所述标准单模光纤通过刻蚀或锥形化使其核心与所述多芯光纤的核心对准。
12.根据权利要求1至11任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，与所述单个光纤接合的所述多芯光纤的设置于毛细管中。
13.根据权利要求1至12任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，与所述多芯光纤接合的单个光纤通过熔接进行接合。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤中至少一个光纤芯是输出端光纤芯，所述多芯光纤为多模光纤，其在使用波长时具有双折射性，所述多芯光纤中至少一个光纤芯是输入端光纤芯，并且所述输入端光纤芯至少一个接合至所述多芯光纤，至少一个单芯输入光纤，并且在多芯光纤的相对侧上，所述多芯光纤连接至少一个单芯输出光纤，并且多芯光纤的光纤芯至少一个部分绝缘的被减少，并且在所述多芯光纤输出端光纤芯功率大于多芯光纤输入功率。
15.根据权利要求14所述的光纤耦合器，其特征在于，所述绝缘是具有一个折射率降低结构的区域，该区域选自填充有空气或气体，或固体或液体的孔。
16.根据权利要求14或15所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端光纤芯在所使用波长内为单模。
17.根据权利要求14至16任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端光纤芯在所使用的波长处是多模或/和双折射。
18.根据权利要求14至17任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述输入端光纤芯具有不同模式的折射率。
19.根据权利要求14至18任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，输入端和输出端光纤芯在特定模式具有相同的有效折射率。
20.根据权利要求14至19任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，所述多芯光纤输出时输出模式下输出端光纤芯的功率与所述多芯光纤输入时输入模式下输入端光纤芯的功率之比大于-4dB。
21.根据权利要求14至20任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，在仅激发一个输入端光纤芯的情况下，多芯光纤输出时在非输出模式下，特定输入端光纤芯和输出端光纤芯的功率与多芯光纤输入时输入模式下最初激发的输入端光纤芯功率之比小于-10dB。
22.根据权利要求14至21所述的光纤耦合器，其特征在于，通过改性使光纤的逐渐变细和/或坍塌的光纤长度等于多芯光纤的使用长度。
23.根据上述权利要求中14至22任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，具有下降折射率的区域被所述光纤包层材料填充，并且整个光纤包层起着降低区域的折射率的作用。
24.根据上述权利要求中14至23任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，与所述多芯光纤连接的光纤/光纤选自单模和/或双折射和/或多模光纤。
25.根据上述权利要求中14至24任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，与多芯光纤连接的光纤/光纤参数与多芯光纤的芯的参数兼容。
26.根据上述权利要求中14至25任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，其可以以相反的构造使用，即解复用模式，其中输入光纤芯由输出光纤芯替代，输出光纤芯由输入光纤芯替代。
27.根据上述权利要求中14至26任一项所述的光纤耦合器，其特征在于，光纤芯之间的耦合、信号(功率和或波长)的分割可以通过改变所述锥度的长度，和/或张力(压缩，弯曲，扭转)和/或温度，特别是通过将光纤缠绕在压电结构上或使用光纤变形机械装置。
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