CN113866871A - 单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是单模输入‑多芯少模光纤输出的模式等功率激发器。它由单模光纤、等比例分光器、多芯石英棒、多芯光子灯笼、多芯少模光纤组成。该模式等功率激发器由单模光纤输入光，经等比例耦合至多根单模光纤中，经多芯光子灯笼，在多芯少模光纤各纤芯中激发产生模式功率相等的传输模式，可应用于多芯光纤传感器的制作，本发明可广泛用于光纤传感、光纤通信领域。

Description

单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器

技术领域

本发明涉及的是单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，属于光纤传感技术领域。

背景技术

近年来，随着互联网业务激增，建设高速率、大容量的通信系统势在必行。波分复用系统的频谱效率接近非线性容量极限，其通信容量己经接近非线性香农极限，空间维度是最后一个有利用空间的物理维度，未来扩充光纤单纤通信容量的有效手段是发展基于单根光纤中多个独立空间信道并行传输的空分复用技术。

少模光纤内可传输多个相互正交的模式，每一个模式都可以被看作一个独立的传输信道，进而大幅度地提升通信系统传输容量；轨道角动量模式同样可以在少模/多模光纤中传输，其在理论上可以具有无限个空间正交的拓扑分量，在模分复用方面具有很大的优势。

少模光纤作为传感器在实际应用中，如果直接在少模光纤中注入光，光能量大部分集中在基模，其他模式功率占比较小，导致少模光纤作为传感部分的应用在一定程度上受到限制。

模式选择型光子灯笼在实际中已经得到应用，此类光子灯笼的入射端多采用在光纤套管中插入多根包层或纤芯直径不同的单模光纤，通过对光纤套管的绝热拉锥，套管内部单模光纤纤芯直径收缩减小，在单模光纤传输的激光随着纤芯直径收缩减小从纤芯泄露至包层，同时，每根光纤的包层和邻近光纤的包层相互融合，形成新的导光纤芯，而套管在拉锥过程中形成新的包层，光子灯笼的末端与少模光纤对准熔接，从而实现模式由单模向指定高阶模、高阶简并模等的转换。随着工艺和技术的不断提升，光子灯笼的制作日益改善，已经能够较好地实现基模向指定高阶模式的转换，插入损耗和模间串扰较小。

专利号为CN111239910A的专利公开了一种光子灯笼型简并模组复用/解复用器及传输方法，用来解决简并模式组接收问题，但光子灯笼激发的模式之间功率并没有按照一定比例分配，在器件应用中对于模式的利用存在一定限制。

专利CN111385024B提供一种多芯少模的传感通信融合接入传输系统，利用多芯少模光纤，结合光纤空分复用技术，实现对温度、弯曲和应变等环境因素的实时感知，但模式功率不均等导致多芯少模光纤作为传感部分的应用在一定程度上受到限制。

本发明中，光由单模光纤传输，经等比例分光器，将光等比例耦合至多根单模光纤中，多根单模光纤由等比例分光器排布方式过渡到多芯石英棒的排布方式，每一组单模光纤对应一光子灯笼，每一个光子灯笼尾端激发产生稳定的传输模式，多芯光子灯笼尾端与多芯少模光纤纤芯对准熔接，在多芯少模光纤中，每一纤芯传输模式功率相等的模式，少模光纤在空分复用技术上，空间利用率显著提高，提高了光子灯笼模式的利用率。

发明内容

本发明的目的在于提供单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器。

本发明是这样实现的：

单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器。其特征是：光由单模光纤传输，经等比例分光器，将光等比例耦合到多根单模光纤中，多根单模光纤由等比例分光器排布方式过渡到多芯石英棒的排布方式，每一组单模光纤对应一光子灯笼，每一个光子灯笼尾端激发产生稳定的传输模式，多芯光子灯笼尾端与多芯少模光纤纤芯对准熔接，在多芯少模光纤中，每一纤芯传输模式功率相等的模式。

参考图3列举的部分组合方式，选择其中一种组合方式，将多根纤芯直径不同的单模光纤分组，每组按照正多边形排布组棒，制成多芯石英棒，作为拉制多芯光子灯笼的多芯石英棒。

所述的多芯石英棒，内部光纤排布一端是按照多芯光子灯笼，另一端是按照等比例分光器排布，中间过渡部分是光子灯笼光纤合束过渡到圆周排布，两端对应的多芯光子灯笼与等比例分光器，单模光纤数量相同。

制备等比例分光器的石英毛细管直径大于制备多芯光子灯笼毛细管，等比例分光器一端是多根单模光纤按照圆周排布，另一端是绝热拉锥后形成的锥体，锥体末端与单模光纤几何尺寸匹配。

制备等比例分光器，将直径大于多芯石英棒的石英管套在预制多芯光子灯笼的多芯石英棒上一段距离，将多芯石英棒一端多根光纤插入到石英管内部，石英管在高温下微缩与多芯石英棒固定到一起，将低折射率的石英棒与石英管内部多根光纤进行排布组棒，多根单模光纤在石英毛细管中按照圆周排布，构成预制等比例分光器的多芯石英棒。

制备等比例分光器的石英棒组棒完毕后，进行绝热拉锥，锥体尾端与单模光纤对准熔接，将从单模光纤入射的光等比例耦合到多根单模光纤中。

对多芯光子灯笼石英棒进行绝热拉锥，制成多芯光子灯笼，锥体尾端与多芯少模光纤进行对准熔接，在每个少模光纤纤芯中激发产生多个模式，且模式功率相等。

附图说明

图1是单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器的整体示意图。

图2是多芯石英棒示意图。

图3是多芯石英棒多芯光子灯笼在多芯石英棒中的排布方式。

附图标记说明：

1—单模光纤，2—等比例分光器锥体，3—多芯石英棒，4—多芯光子灯笼锥体，5—多芯少模光纤，3-1—三芯光子灯笼光纤排布示意图，3-2—三芯光子灯笼光纤排布向等比例分光器光纤排过渡，3-3—等比例分光器光纤排布示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例来进一步阐述本发明。

本发明中，所有涉及的单模光纤的纤芯折射率为1.4482，光纤包层折射率为1.4440。

本发明中，石英毛细管折射率为1.4398，石英棒折射率也为1.4398。

本发明中，少模光纤的纤芯折射率为1.4440，包层折射率为1.4398。

参考图3，选择第二种排布方式，即预制三芯光子灯笼的多芯石英棒排布方式。

参考图2，在石英毛细管中将六根纤芯直径为7um的单模光纤和三根纤芯直径为9um的单模光纤分组，按照两根纤芯直径为7um的单模光纤和一根纤芯直径为9um的单模光纤为一组分成三组，每组按照正三边形别组合排布组棒，制成石英棒，每一组光子灯笼的纤芯间距是42um,三组光子灯笼几何中心距离石英棒中心为69um，作为预制三芯光子灯笼的多芯石英棒。

参考图2，制备等比例分光器，在预制三芯光子灯笼的多芯石英棒一端，这一端含有九根一定长度单模光纤，将直径大于多芯石英棒的低折射率石英管套在预制三芯光子灯笼的石英棒上一段距离，并且将石英棒一端九根光纤全部插入到石英管内部。

将低折射率的石英棒与石英管内部九根光纤进行排布组棒，九根单模光纤在石英毛细管中按照圆周排布，光纤石英管在高温下塌缩与石英棒融合固定到一起，作为预制等比例分光器的多芯石英棒，其中，塌缩后光纤距离几何中心为125um。

参考图2，制备三芯光子灯笼石英棒和制备等比例分光器的石英棒依次组棒集成在一起后，首先，在预制三芯光子灯笼石英棒一端进行绝热拉锥，制备三芯光子灯笼的石英棒拉制后制成三芯光子灯笼，拉锥长度为2cm，拉锥收缩比是125:19。

三芯光子灯笼锥体尾端与三芯少模光纤纤芯几何排布对应，三芯少模光纤纤芯直径为14um，纤芯距离少模光纤几何中心的距离为10um，纤芯之间夹角为120°。

在预制等比例分光器的多芯石英棒一端进行绝热拉锥，制备等比例分光器的石英棒拉制后制成等比例分光器，按圆周排布的九根单模光纤拉制后构成环形纤芯与纤芯直径为9um单模光纤纤芯几何尺寸相对应，其中锥体长度为4cm,拉锥收缩比为0.03。

将纤芯直径为9um单模光纤与等比例分光器尾端对准熔接，单模光纤入射的光等比例耦合到九根单模光纤中。

将三芯少模光纤与三芯光子灯笼锥体尾端对准熔接，由单模光纤入射的光，经等比例分光器，光等比例耦合至九根单模光纤中，经光子灯笼在多芯少模光纤纤芯中激发产生多个模式，且模式功率相等。

Claims (5)

1.本发明提供的是单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，它由单模光纤、等比例分光器、多芯石英棒、多芯光子灯笼、多芯少模光纤组成，所述器件，光由单模光纤传输，经等比例分光器，将光等比例耦合至多根单模光纤中，多根单模光纤在多芯石英棒中由等比例分光器排布方式过渡到多芯光子灯笼的排布方式，每一组单模光纤对应多芯石英棒内部一个光子灯笼排布，每一个光子灯笼尾端激发产生稳定的传输模式，多芯光子灯笼尾端与多芯少模光纤纤芯对准熔接，在多芯少模光纤中，每一纤芯传输模式功率相等的模式。

2.根据权利要求1所述单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，其特征是：所述的多芯光子灯笼，一端是由多根纤芯直径不同的单模光纤，另一端是绝热拉锥后形成的锥体，锥体末端与相应多芯少模光纤几何尺寸匹配。

3.根据权利要求1所述单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，其特征是：所述的等比例分光器，一端是多根单模光纤按照圆周排布，另一端是绝热拉锥后形成的锥体，锥体末端与单模光纤几何尺寸匹配。

4.根据权利要求1所述单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，其特征是：所述的多芯光子灯笼与等比例分光器，单模光纤数量相同。

5.根据权利要求1所述单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器，其特征是：所述的多芯石英棒，内部光纤排布一端是按照多芯光子灯笼，另一端是按照等比例分光器，中间过渡部分是光子灯笼光纤合束过渡到圆周排布。

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