CN115343806B - 一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，属于光纤光缆领域。该方法为：将两个长周期光纤光栅间隔一段距离L之后级联，其中的两个长周期光纤光栅不限定是否一致，只要求实现耦合的模式一致，用以实现少模光纤中的基模到高阶纤芯导模的转换，级联的长度L用以控制高阶模式转换的波长数即谐振波长数。本发明的高阶模式产生方法利用一对纤芯模式干涉原理旨在解决目前在少模光纤中利用长周期光纤光栅来产生高阶模式的波长局限性，实现在多个波长下产生高阶模式，效果明显，制作简单。

Description

一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法
技术领域
本发明涉及一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，属于光纤通信技术领域。
背景技术
轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)模式由于独特的角向相位分布被广泛应用于光镊、光陷阱以及大容量光通信等领域，其中，l为拓扑荷值。拓扑荷值l可以无限大，且不同l值的OAM模式之间相互正交，这使得OAM模式作为一个独立于波长维度的新维度来传输信息，大大提升了光网络的容量。但如何实现多个波长下产生OAM模式，并且与现有的光纤系统兼容成为技术难点。
目前实现OAM模式产生的方法大致包括自由空间光系统和全光纤系统两种方法。自由空间光系统以空间光调制器、螺旋相位片等器件为主，这种方法可以实现多个波长下的OAM模式产生，然而这种设备昂贵且与光纤系统兼容性差。因此，全光纤系统就显得尤为重要，利用少模长周期光纤光栅来产生OAM模式具有高纯度、高兼容性等优点被广泛研究，然而这种方法仅局限于单个谐振波长下产生，限制了其应用。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述技术的不足，提供一种结构简单，成本低的全光纤的基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法。
本发明的技术方案是：
一种基于基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法：采用两个少模长周期光纤光栅实现少模光纤中的基模到高阶纤芯导模之间的选择耦合转换，其中两个匹配的少模长周期光纤光栅是否一致不做区分限定，将两个少模长周期光纤光栅间隔一段距离L之后级联，控制间距L，实现控制波长数的多个波长下的高阶模式产生。
进一步地，所述少模光纤光栅及其级联的具体制作步骤包括：
(1)将少模光纤去除部分涂覆层之后拉直并用光纤夹具将两端固定，在两端分别熔接单模光纤并连上宽带光源和光谱仪用以监测光栅刻写过程中的光谱变化及光栅制作效果；
(2)电脑设定刻写制作参数，制作一段少模长周期光纤光栅，通过光谱监测实际制作效果，当达到与仿真的单个长周期光纤光栅透射谱一致时停止刻写；
(3)移动光纤，并控制间距L，在上一个长周期光纤光栅结束位置的L距离之后重复(2)刻写一段少模长周期光纤光栅，观察整个刻写之后的光谱变化，达到仿真的级联长周期光纤光栅的透射谱一致，停止刻写，制成级联长周期光纤光栅。
进一步地，所述少模光纤为四模光纤、六模光纤、七模光纤、九模光纤和十二模光纤中的一种。
进一步地，所述匹配的少模长周期光纤光栅是指两个长周期光纤光栅实现的基模到高阶模式耦合一致，即高阶模式相同。
进一步地，所述少模长周期光纤光栅耦合模式为纤芯传输导模式。
进一步地，所述的间距L，通过控制其大小实现高阶模式转换波长数的调节控制。
进一步地，所述多个波长为该波长下的模式转换效率大于90％。
进一步地，所述的级联方式是在刻写完一段少模长周期光纤光栅之后严格控制间距L再次进行刻写。
进一步地，第一根少模长周期光纤光栅制作过程中在监测光谱总出现的光谱变化为出现一个相对宽带的损耗峰，第二根少模长周期光纤光栅制作过程中出现的光谱变化为出现多个干涉损耗峰。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明优化了目前利用空间光系统产生高阶OAM模式的高插损、设备昂贵以及与光纤系统的低兼容性。此外，由于单个长周期光纤光栅虽然能够产生高纯度的高阶OAM模式且与光纤系统具有较高兼容性，大大限制了其在波分复用(Wavelength-division multiplexing,WDM)中的应用。本发明利用两个少模长周期光纤级联的方式，实现了在多个波长下的高阶OAM模式产生，并且这种设备具有成本低、高纯度以及与光纤系统兼容性强等优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本实施例的级联少模长周期光纤光栅的原理图。
图2为本实施例的级联少模长周期光纤光栅的制作系统装置示意图。
图3为本实施例的一个仿真级联长周期光纤光栅的光传输谱图。
图4为本实施例的实验获得的级联长周期光纤光栅光传输谱图。
图5为本实施例在5个波长下产生的高阶OAM模式。
附图标号说明：
101：宽带光源，波长范围覆盖1250-1600nm；102：单模光纤；103：夹持器；104：长周期光纤光栅；105：少模光纤；106：光谱仪；107：二氧化碳激光器；109：电脑。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示为本发明的级联长周期光纤光栅的原理图，图2为本发明的刻写长周期光纤光栅的系统结构图，包括以下部分：宽带光源101，发射一宽波长范围的高斯基模光束，经过单模光纤102与少模光纤105熔接，使宽带光源光束进入少模光纤中。最后将输出光束经过与单模光纤熔接之后接入光谱仪106测试刻写过程中的光谱变化。利用二氧化碳激光器107发射的激光束对少模光纤进行写制，其中二氧化碳激光器107由电脑109控制。
其中，长周期光纤光栅104为强调制光纤光栅，按照仿真设计的光栅周期及周期数，同时调整激光器的刻写参数对少模光纤进行折射率调制。写制完成后间隔一段距离，再刻写一个长周期光纤光栅。
需要说明的是，本方案中的多波长高阶模式产生通过合理的参数设置，可以实现多个波长下的高阶线偏振(Linear polarization,LP)和OAM模式的产生。
在本实施例中，单模光纤与少模光纤熔接时，少模光纤中大部分能量仍然束缚在基模中。
在本实施例中，四模光纤，级联的非长周期光纤光栅区域长度为46cm。
一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，其具体制作步骤包括：
(1)将四模光纤去除部分涂覆层之后拉直并用光纤夹具将两端固定，在两端分别熔接单模光纤102并连上宽带光源101和光谱仪106用以监测光栅刻写过程中的光谱变化及光栅制作效果；
(2)电脑设定刻写制作参数，制作一段少模长周期光纤光栅，通过光谱监测实际制作效果，当达到3dB的转换效率之后停止刻写；
(3)移动光纤，并严格控制间距L，在上一个长周期光纤光栅结束位置的L距离之后重复(2)刻写一段少模长周期光纤光栅，观察整个刻写之后的光谱变化，达到与仿真光谱即图3大致一样时，停止刻写，制成级联长周期光纤光栅。
根据相应的仿真参数获得仿真下级联长周期光纤光栅的光传输谱，如图3所示。实验刻写下，精确控制相应刻写参数及过程，获得实验传输谱如图4所示。有超过17个波长实现了高阶模式产生，模式转换效率超过90％。相应地，验证了5个波长下的输出模式情况，如图5所示，可以发现在这5个波长下，相应的LP21及OAM±2模式正确产生。
总结上述，通过精确控制刻写参数、过程，可以在多个波长下实现LP21和OAM±2的产生。另外，相应的OAM±1也能在多个波长下产生。
上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，其特征在于：采用两个匹配的少模长周期光纤光栅实现少模光纤中的基模到高阶纤芯导模之间的选择耦合转换，所述少模长周期光纤光栅为强调制光纤光栅，所述少模长周期光纤光栅耦合模式为纤芯传输导模式，所述匹配的少模长周期光纤光栅是指两个长周期光纤光栅实现的基模到高阶模式耦合一致，即高阶模式相同；
将两个匹配的少模长周期光纤光栅间隔一段距离L之后级联，控制间距L，实现可控制波长数的多个波长下的高阶模式产生，所述的间距L，通过控制其大小实现高阶模式转换波长数的调节控制，所述级联的具体方式是在刻写完一段少模长周期光纤光栅之后控制间距L再次进行刻写，所述多个波长为该波长下的模式转换效率大于90％。
2.根据权利要求1所述的一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，其特征在于：所述少模长周期光纤光栅及其级联的具体制作步骤包括：
(1)将少模光纤去除部分涂覆层之后拉直并用光纤夹具将两端固定，在两端分别熔接单模光纤并连上宽带光源和光谱仪用以监测光栅刻写过程中的光谱变化及光栅制作效果；
(2)电脑设定刻写制作参数，制作一段少模长周期光纤光栅，通过光谱监测实际制作效果，当达到与仿真的单个长周期光纤光栅透射谱一致时停止刻写；
(3)移动光纤，并控制间距L，在上一个长周期光纤光栅结束位置的L距离之后重复步骤(2)刻写一段少模长周期光纤光栅，观察整个刻写之后的光谱变化，达到仿真的级联长周期光纤光栅的透射谱一致，停止刻写，制成级联长周期光纤光栅。
3.根据权利要求1所述的一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，其特征在于所述少模光纤为四模光纤、六模光纤、七模光纤、九模光纤和十二模光纤中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种基于级联长周期光纤光栅的多波长高阶模式产生方法，其特征在于，第一个少模长周期光纤光栅制作过程中在监测光谱中出现的光谱变化为出现一个相对宽带的损耗峰，第二个少模长周期光纤光栅制作过程中出现的光谱变化为出现多个干涉损耗峰。
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