CN113985527A - 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器 - Google Patents

单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器 Download PDF

Info

Publication number
CN113985527A
CN113985527A CN202111187445.1A CN202111187445A CN113985527A CN 113985527 A CN113985527 A CN 113985527A CN 202111187445 A CN202111187445 A CN 202111187445A CN 113985527 A CN113985527 A CN 113985527A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mode
fibers
optical
few
optical fiber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111187445.1A
Other languages
English (en)
Inventor
苑立波
董保明
王东辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guilin University of Electronic Technology
Original Assignee
Guilin University of Electronic Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guilin University of Electronic Technology filed Critical Guilin University of Electronic Technology
Priority to CN202111187445.1A priority Critical patent/CN113985527A/zh
Publication of CN113985527A publication Critical patent/CN113985527A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/10—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings of the optical waveguide type
    • G02B6/14—Mode converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/27—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means
    • G02B6/2753—Optical coupling means with polarisation selective and adjusting means characterised by their function or use, i.e. of the complete device
    • G02B6/2766—Manipulating the plane of polarisation from one input polarisation to another output polarisation, e.g. polarisation rotators, linear to circular polarisation converters
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
    • G02F1/0115—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/0136—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  for the control of polarisation, e.g. state of polarisation [SOP] control, polarisation scrambling, TE-TM mode conversion or separation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)

Abstract

本发明提供的是单模输入‑少模光纤输出的模式光斑控制器。它由单模光纤、等比例分光器、多根单模光纤、光开关、光纤相位调制器、光子灯笼、少模光纤、光纤模式分析仪组成。由单模光纤输入的光，经等比例分光器将光等比例分配至多根单模光纤中，通过光开关选择控制光子灯笼纤芯通光，在少模光纤中激发产生模式光斑或者模间干涉光斑，光纤模式分析仪检测少模光纤尾端，获取光斑振幅及相位信息。本发明可广泛用于光纤传感、光通信领域。

Description

单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器
技术领域
本发明涉及的是单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，属于光纤传感技术领域。
背景技术
随着5G时代的到来,人们对网络带宽的需求呈指数型增长,而单模光纤通信系统的传输速率和容量越来越接近非线性香农极限,使得单模光纤(Single- Mode Fiber,SMF)通信系统已经很难满足目前通信容量的需求。所以，一种高速率大容量的通信系统已经成为这个时代迫切的需求,基于少模光纤(Few-Mode Fiber,FMF)的模分复用(Mode DivisionMultiplexing,MDM)系统可以通过有限个独立正交空间模式进行信号承载,实现多路信号独立并行传输,进而成倍的提升了系统的传输容量,也因此受到了国内外的广泛关注。
在MDM系统中,最为关键的器件就是模式复用/解复用器。光子灯笼型模式复用/解复用器是一种全光纤型的器件,它可以将多个不同模式的光信号复用到一根少模光纤中进行传输,也可以将少模光纤中的光信号解复用到多个单模光纤中进行接收。
传统意义上的光子灯笼，单模光纤尺寸相同，光由单模光纤传输至光子灯笼中，虽然能向高阶模式进行转化，但不能实现特定转化，且生成多个模式的混合态。
相比于传统的光子灯笼，模式选择型光子灯笼更适合于实际应用，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。
在光子灯笼器件应用中，由基模转换为指定高阶模式的过程，需要对构成光子灯笼的单模光纤实现独立通光控制，若同时在光子灯笼中激发产生两个或多个模式，在传输过程中模式与模式之间产生干涉，若模式之间存在稳定的相位差，则在少模光纤中会传输稳定的相干模式。
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，初步解决了少模光纤中模式耦合进/出光纤的问题，避免了利用空间调制耦合所面对的器件体积大、操作复杂的问题，实现了少模光纤两端全光传输，但其每一组简并模式组均需要生产一个模式选择性光子灯笼，成本较大，虽利用了光子灯笼本身具有的模式选择功能，缺乏模式选择激发的灵活性。
专利号为CN111999816B的专利公开了一种低串扰、高性能的光子灯笼型模式复用器优化方法，该专利通过仿真优化光子灯笼输出尾端玻璃套管的内径和玻璃套管的折射率，降低光子灯笼各个模式间的串扰，提高光子灯笼各个模式的模式纯净度和耦合效率，在实际制作光子灯笼中可作为工艺参考。
本发明中，光由单模光纤传输，通过等比分光器后，光等比例耦合至多根单模光纤中，光开关对多根单模光纤独立通光控制；若要求在少模光纤中得到指定的高阶模式，则光开关对多根单模光纤独立通光控制通过控制光开关实现单路通光，在光子灯笼中实现由基模转换为指定高阶模式，在少模光纤中得到指定高阶模式；若要求在少模光纤中传输稳定干涉的指定高阶模式，首先通过光开关对多根单模光纤独立通光控制，选择指定的高阶模式，然后通过光纤相位调制器分别调节对应单模光纤中传输的光模式相位，在光子灯笼中实现由基模向指定高阶模式的转换，得到在少模光纤中传输的稳定干涉模式。
发明内容
下面参考附图并结合实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
本发明的目的是这样实现的：
单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，它由单模光纤、等比例分光器、多根单模光纤、光开关、光纤相位调制器、光子灯笼、少模光纤、光纤模式分析仪组成；所述器件光由单模光纤传输，在等比例分光器中，光等比例耦合至多根单模光纤中，光开关分别控制多根单模光纤，首先，若在光子灯笼中单独激发出不同模式，则少模光纤中形成不同模式光斑，其次，若同时在光子灯笼中激发两个至多个模式时，在少模光纤中形成模间干涉光斑，光纤模式分析仪检测少模光纤尾端，光纤相位调制器分别调节单模光纤中光传输模式相位，获取光斑振幅及相位信息。
所述的光子灯笼，一端是多根纤芯直径不同的单模光纤在低折射率的石英毛细管中按照正多边形排布，其中，单模光纤的数量N，3≤N≤15，另一端是绝热拉锥形成的锥体，锥体末端几何尺寸与少模光纤几何尺寸对应。
所述的等比例分光器，两端为规格相同的单模光纤，实现将由一根单模光纤传输的光等比例耦合到多根单模光纤中，该器件保证了多根单模光纤同光源，多根单模光纤中的光是具备相干条件的。
所述的光开关数量和光子灯笼的光纤数量相同，光开关单独控制光子灯笼各路光纤的通光，控制单独一根单模光纤的光进入多芯光子灯笼，激发产生对应LP模式，在少模光纤中传输稳定的模式。
所述的光纤相位调制器数量和光子灯笼的光纤数量相同，光纤相位调制器单独控制光纤传输光的相位，通过光开关对多根单模光纤独立通光控制，选择指定的高阶模式，然后通过光纤相位调制器分别调节对应单模光纤中传输的光模式相位，在光子灯笼中实现由基模向指定高阶模式的转换，得到在少模光纤中传输的稳定干涉模式。
附图说明
图1是单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器的整体示意图。
图2是等比例耦合器示意图。
图3是光子灯笼示意图。
图4是光子灯笼激发产生不同LP模式的光斑。
图5是光子灯笼激发产生不同LP模式相干光斑。
附图标记说明：
1—单模光纤，2—单模光纤与等比分光器的熔接点，3—等比分光器， 4—等你分光器截面，5—光开关，6—光纤相位调制器，7—光子灯笼截面，8—光子灯笼，9—光子灯笼与少模光纤熔接点，10—少模光纤，11—光纤模式分析仪。
具体实施方式
下面参考附图结合实施例对本发明做进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
先参阅图2，将六根直径为9um的单模光纤在毛细管中，按照正六边形进行几何排布组棒，正六边形几何中心与毛细管中心重合，通过绝热拉锥制成等比例分光器，经过拉锥的一端要求六个纤芯确定的圆大小与单模光纤纤芯直径匹配，锥体尾端与一根单模光纤进行熔接。
参阅图3，将六根定制的单模光纤在毛细管内部按照正五边形进行几何排布，正五边形几何中心与毛细管中心重合，正五边形中心单模光纤的纤芯直径为6um,周围5根单模光纤的纤芯直径在五边形上按照顺时针排布分别为11um、 9um、8um、8um、9um，六根单模光纤在低折射率的毛细管中排布组棒后，绝热拉锥制成锥体结构，即六芯光子灯笼，光子灯笼末端外围五个纤芯确定的圆大小与少模光纤纤芯直径匹配，光子灯笼末端与少模光纤熔接，少模光纤的纤芯直径为19um。
参考图2、图3的六根单模光纤，按照次序C1～C6、D1～D6进行对应连接，中间通过光开关A1～A6、光纤相位调制器B1～B6分别调节控制。
本发明中，所用的单模光纤的纤芯的折射率为1.4482，包层的折射率为 1.4440。
本发明中，毛细管折射率为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。
光从一根单模光纤注入，经等比例分光器将光等比例耦合到六根单模光纤中。
参考图4，通过光开关控制，光分别从六根单模光纤单独进入光子灯笼，在光子灯笼中激发产生LP01模式、LP11a模式、LP11b模式、LP02模式、LP21a 模式、LP21b模式，在少模光纤尾端输出稳定的模式光斑，通过光纤模式分析仪检测少模光纤尾端，获取模式光斑振幅及相位信息。
参考图5，通过光开关控制，控制其中两根单模光纤通光进入到光子灯笼中，激发产生相应传输模式，因模式之间相干，在少模光纤中形成模式相干光斑，调节光纤相位调制器得到稳定的模式相干光斑，通过光纤模式分析仪检测少模光纤尾端，获取光斑振幅及相位信息。
参考图5，是其中两根单模光纤的光，在光子灯笼中，激发产生对应的 LP模式，输出的模间干涉光斑。

Claims (5)

1.本发明提供的是单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，它由单模光纤、等比例分光器、多根单模光纤、光开关、光纤相位调制器、光子灯笼、少模光纤、光纤模式分析仪组成；所述器件光由单模光纤传输，在等比例分光器中，光等比例耦合至多根单模光纤中，光开关分别控制多根单模光纤，首先，若在光子灯笼中单独激发出不同模式，则少模光纤中形成不同模式光斑，其次，若同时在光子灯笼中激发两个至多个模式时，在少模光纤中形成模间干涉光斑，光纤模式分析仪检测少模光纤尾端，光纤相位调制器分别调节单模光纤中光传输模式相位，获取光斑振幅及相位信息。
2.根据权利要求1所述单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，其特征是：所述的光子灯笼，一端是多根纤芯直径不同的单模光纤在低折射率的石英毛细管中按照正多边形排布，其中，单模光纤的数量N，3≤N≤15，另一端是绝热拉锥形成的锥体，锥体末端几何尺寸与少模光纤几何尺寸对应。
3.根据权利要求1所述单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，其特征是：所述的等比例分光器，两端为规格相同的单模光纤。
4.根据权利要求1所述单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，其特征是：所述的光开关数量和光子灯笼的光纤数量相同，光开关单独控制光子灯笼各路单模光纤的通光。
5.根据权利要求1所述单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器，其特征是：所述的光纤相位调制器数量和光子灯笼的光纤数量相同，光纤相位调制器单独控制光纤传输光的相位。
CN202111187445.1A 2021-10-12 2021-10-12 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器 Pending CN113985527A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111187445.1A CN113985527A (zh) 2021-10-12 2021-10-12 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111187445.1A CN113985527A (zh) 2021-10-12 2021-10-12 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113985527A true CN113985527A (zh) 2022-01-28

Family

ID=79738220

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111187445.1A Pending CN113985527A (zh) 2021-10-12 2021-10-12 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113985527A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115201965A (zh) * 2022-06-13 2022-10-18 云南民族大学 双波段模式复用光子灯笼器件及制作方法
CN116046023A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于光子灯笼的光纤陀螺精度分析方法及系统

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115201965A (zh) * 2022-06-13 2022-10-18 云南民族大学 双波段模式复用光子灯笼器件及制作方法
CN115201965B (zh) * 2022-06-13 2024-04-09 云南民族大学 双波段模式复用光子灯笼器件及制作方法
CN116046023A (zh) * 2023-03-31 2023-05-02 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于光子灯笼的光纤陀螺精度分析方法及系统
CN116046023B (zh) * 2023-03-31 2023-06-02 中国船舶集团有限公司第七〇七研究所 基于光子灯笼的光纤陀螺精度分析方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111239910B (zh) 一种光子灯笼型简并模组复用/解复用器及传输方法
Leon-Saval et al. Photonic lantern as mode multiplexer for multimode optical communications
CN113985527A (zh) 单模输入-少模光纤输出的模式光斑控制器
CN110208907B (zh) 轨道角动量光子灯笼制作方法及装置
CN111427116B (zh) 一种基于少模相移光栅的多波长光纤模式切换方法及系统
CN108767636B (zh) 一种全光纤型弱耦合少模掺铒光纤放大器
CN113466993B (zh) 一种保偏模群选择型光子灯笼及制作和应用
Cai et al. Broadband mode converter based on photonic crystal fiber
Takenaga et al. Multicore fibre-based mode multiplexer/demultiplexer for three-mode operation of LP 01, LP 11a, and LP 11b
Uemura et al. Fused taper type fan-in/fan-out device for multicore EDF
CN113691318A (zh) 一种可重构纤芯模式选择系统和方法
CN211791537U (zh) 一种模式转换型少模复用器
CN112612076B (zh) 一种少模多芯微结构光纤及少模光纤放大器
CN113777717A (zh) 多芯光纤扇入扇出模块及其制作方法
Sabitu et al. Recent progress in optical devices for mode division multiplex transmission system
CN210518339U (zh) 一种光纤传输模式控制装置
CN112468257A (zh) 多芯多模光纤通信系统的光通道分插复用器ocadm
CN210323464U (zh) 一种环形芯信道三模式模分复用器
CN111999806B (zh) 一种单模和多模光纤模式耦合的方法和功能器件
CN113568089B (zh) 一种基于多芯环形光子灯笼的模分复用器
CN113359237B (zh) 一种低串扰椭圆芯少模复用器/解复用器
CN113866871A (zh) 单模输入-多芯少模光纤输出的模式等功率激发器
CN110596817B (zh) 一种高消光比的三模式模分复用器
CN112987200A (zh) 一种基于光开关的少模光纤延迟线系统
Grüner-Nielsen et al. Photonic-lantern-based MDM devices

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination