CN115421243A - 一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法 - Google Patents

一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，包括输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3，单模波导3设置在输入少模信号的少模波导1和输出高阶模的少模波导3之间，实现光波导的扇入和扇出。上述方案中，利用少模波导和单模波导构成定向耦合器，基于耦合模理论，模式的能量就在两者之间实现转移，控制多个模式在少模波导中的分离与组合，实现光波导的扇入和扇出。

Description

一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法
技术领域
本发明涉及光纤通信技术领域，更具体地，涉及一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法。
背景技术
随着信息技术高速发展，人们对光纤通信带宽的要求也日益增加。由于少模或多模光纤中同时存在的多个不同空间模式作为信道并行传输信号，模分复用技术能够显著增加光纤的传输容量和提升光纤的信息承载能力。模分复用通信系统的关键器件之一是模式扇入扇出器件(Fan-in/Fan-out)，可以将少模光纤(波导)中共存的不同模式进行组合和分离。
现有技术公开了一种基于MPO接口的双扇入扇出的多通道光模块，包括沿输出光轴方向依次设置的具有N个激光器的LD模组、具有N个输入端口和N/M个输出端口的多芯光纤扇入器件、N/M根与所述多芯光纤扇入器件输出端口进行耦合的具有M芯的多芯光纤以及与N/M根多芯光纤进行连接的N/M芯M芯光纤MPO连接器；沿输入光轴方向依次设置的N/M芯M芯光纤MPO连接器、与MPO连接器进行连接的N/M根具有M芯的多芯光纤以及具有N/M个输入端口和N个输出端口的多芯光纤扇出器件。
上述技术是针对基于纤芯作为信道而设计的扇入扇出设备，可以在一根多芯光纤中选择性地使用某个纤芯作为信道。然而，对于基于模式作为信道的模分复用技术而言，如果能选择性地使用少模或多模波导中的某个模式作为信道，这将给模分复用系统带来很大的便利。
发明内容
本发明为解决现有的扇入扇出设备无法选择性地使用少模或多模波导中的某个模式作为信道的技术缺陷，提供了一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法。
为实现以上发明目的，采用的技术方案是：
一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，包括输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3，单模波导3设置在输入少模信号的少模波导1和输出高阶模的少模波导3之间，实现光波导的扇入和扇出。
上述方案中，利用少模波导和单模波导构成定向耦合器，基于耦合模理论，模式的能量就在两者之间实现转移，控制多个模式在少模波导中的分离与组合，实现光波导的扇入和扇出。
优选的，输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
上述方案中，设计简单灵活，增加多个少模波导2和单模波导3，即可构成多个定向耦合器，能够对多个模式进行组合和分离，实现模式扇入扇出；选择性地使用少模或多模波导中的某个模式作为信道，给模分复用系统带来很大的便利。
优选的，输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
上述方案中，对波导进行锥度处理，将传统平行的两个矩形波导设计为梯形状的波导，利用锥形定向耦合器，增大器件的工作带宽，提升器件制作的容忍度。
优选的，输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间互不接触。
上述方案中，少模波导1与少模波导2之间存在间隙，能够互不干扰，实现模式扇入扇出的低串扰。
一种应用于所述的用于平面光波导扇入扇出的复用器件的使用方法，使用流程包括：S1：承载着不同模式的信号从少模波导1中输入；S2：满足相位匹配条件时，少模波导1中的高阶模式通过单模波导3耦合到少模波导2中；S3：少模波导1中的基模信号则由于相位不匹配，不发生模式耦合，最终在少模波导1中原路输出。
优选的，在S2中，高阶模式的能量能从少模波导1转移到少模波导2，少模波导1支持高阶模式，少模波导1和单模波导3组成定向耦合器，当高阶模满足相位匹配条件后，少模波导1中高阶模式的能量将转移到单模波导3的E11模中；
少模波导2支持高阶模式，少模波导2和单模波导3组成定向耦合器，最终单模波导3的高阶模式的能量转移到少模波导2中高阶模式中。
优选的，输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
优选的，输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
优选的，输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间互不接触。
优选的，能量传递的单模波导3称“S”型，设置在输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间。
发明提出的平面光波导模式扇入扇出器件，包括一个用于输入少模信号的少模波导1，若干个用于输出高阶模的少模波导2和用作能量传递媒介的单模波导3。其中，承载着不同模式(即E11、Enm、Emn……)的信号从少模波导1(芯1)中输入，根据耦合模理论，当满足相位匹配条件时，少模波导1中的高阶模式(即Enm和Emn)将会在单模波导3的帮助下耦合到少模波导2(芯N和芯M)中，少模波导1中的基模信号(即E11)则由于相位不匹配，不发生模式耦合，最终在少模波导1(芯1)中原路输出。因此，通过这种方式，实现了多个模式的组合与分离。
通过两次耦合，Emn模式的能量能从少模波导1转移到少模波导2，具体的步骤如下：少模波导1支持高阶模(即Emn模)，单模波导3支持基模(即E11模)，少模波导1和单模波导3可以组成定向耦合器，用于两个模式之间的能量转移，当Emn模E11模满足相位匹配条件后，少模波导1中Emn模的能量将转移到单模波导3的E11模中。同样的，少模波导2也支持Emn模，少模波导2和单模波导3也可以组成定向耦合器，最终单模波导3的E11模的能量因此转移到少模波导2中Emn模中。
锥形定向耦合器，由少模波导1/2和单模波导3组成，常规的定向耦合器是由两平行的波导组成，而设计这种具有锥度的定向耦合器结构，可以增加器件的带宽，提升器件制作的容忍度。
该方法设计灵活、结构简单以及具有很强的扩展性，可以根据系统的需求在有限的空间内对多个模式进行组合和分离，实现模式扇入扇出的功能，具体的方法是设计多个少模波导2和单模波导3，增加锥形定向耦合器的数量，以此来组合和分离需要的模式。同时还具有体积小、工作稳定的优势，可以在高度集成的光通信系统中低串扰、大带宽地实现模式的分离与组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件和使用方法，利用少模波导和单模波导构成定向耦合器，基于耦合模理论，模式的能量就在两者之间实现转移，控制多个模式在少模波导中的分离与组合，实现光波导的扇入和扇出。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的平面光波导模式扇入扇出器件示意图；
图3为本发明的锥形定向耦合器竖直方向示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
实施例1
一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，包括输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3，单模波导3设置在输入少模信号的少模波导1和输出高阶模的少模波导3之间，实现光波导的扇入和扇出。
上述方案中，利用少模波导和单模波导构成定向耦合器，基于耦合模理论，模式的能量就在两者之间实现转移，控制多个模式在少模波导中的分离与组合，实现光波导的扇入和扇出。
优选的，输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
上述方案中，设计简单灵活，增加多个少模波导2和单模波导3，即可构成多个定向耦合器，能够对多个模式进行组合和分离，实现模式扇入扇出；选择性地使用少模或多模波导中的某个模式作为信道，给模分复用系统带来很大的便利。
优选的，输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
上述方案中，对波导进行锥度处理，将传统平行的两个矩形波导设计为梯形状的波导，利用锥形定向耦合器，增大器件的工作带宽，提升器件制作的容忍度。
优选的，输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间互不接触。
上述方案中，少模波导1与少模波导2之间存在间隙，能够互不干扰，实现模式扇入扇出的低串扰。
实施例2
如图1所示，一种应用于所述的用于平面光波导扇入扇出的复用器件的使用方法，使用流程包括：S1：承载着不同模式的信号从少模波导1中输入；S2：满足相位匹配条件时，少模波导1中的高阶模式通过单模波导3耦合到少模波导2中；S3：少模波导1中的基模信号则由于相位不匹配，不发生模式耦合，最终在少模波导1中原路输出。
优选的，在S2中，高阶模式的能量能从少模波导1转移到少模波导2，少模波导1支持高阶模式，少模波导1和单模波导3组成定向耦合器，当高阶模满足相位匹配条件后，少模波导1中高阶模式的能量将转移到单模波导3的E11模中；
少模波导2支持高阶模式，少模波导2和单模波导3组成定向耦合器，最终单模波导3的高阶模式的能量转移到少模波导2中高阶模式中。
优选的，输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
优选的，输入少模信号的少模波导1、输出高阶模的少模波导2和能量传递的单模波导3均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
优选的，输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间互不接触。
优选的，能量传递的单模波导3称“S”型，设置在输入少模信号的少模波导1与输出高阶模的少模波导2之间。
实施例3
如图2所示为本发明提出的平面光波导模式扇入扇出器件示意图，包括一个用于输入少模信号的少模波导1，若干个用于输出高阶模的少模波导2和用作能量传递媒介的单模波导3。其中，承载着不同模式(即E11、Enm、Emn……)的信号从少模波导1(芯1)中输入，根据耦合模理论，当满足相位匹配条件时，少模波导1中的高阶模式(即Enm和Emn)将会在单模波导3的帮助下耦合到少模波导2(芯N和芯M)中，少模波导1中的基模信号(即E11)则由于相位不匹配，不发生模式耦合，最终在少模波导1(芯1)中原路输出。因此，通过这种方式，实现了多个模式的组合与分离。
通过两次耦合，Emn模式的能量能从少模波导1转移到少模波导2，具体的步骤如下：少模波导1支持高阶模(即Emn模)，单模波导3支持基模(即E11模)，少模波导1和单模波导3可以组成定向耦合器，用于两个模式之间的能量转移，当Emn模E11模满足相位匹配条件后，少模波导1中Emn模的能量将转移到单模波导3的E11模中。同样的，少模波导2也支持Emn模，少模波导2和单模波导3也可以组成定向耦合器，最终单模波导3的E11模的能量因此转移到少模波导2中Emn模中。
如图3所示为锥形定向耦合器竖直方向示意图，由少模波导1/2和单模波导3组成，常规的定向耦合器是由两平行的波导组成，而设计这种具有锥度的定向耦合器结构，可以增加器件的带宽，提升器件制作的容忍度。
该方法设计灵活、结构简单以及具有很强的扩展性，可以根据系统的需求在有限的空间内对多个模式进行组合和分离，实现模式扇入扇出的功能，具体的方法是设计多个少模波导2和单模波导3，增加锥形定向耦合器的数量，以此来组合和分离需要的模式。同时还具有体积小、工作稳定的优势，可以在高度集成的光通信系统中低串扰、大带宽地实现模式的分离与组合。
要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，其特征在于，包括输入少模信号的少模波导(1)、输出高阶模的少模波导(2)和能量传递的单模波导(3)，单模波导(3)设置在输入少模信号的少模波导(1)和输出高阶模的少模波导(3)之间，实现光波导的扇入和扇出。
2.根据权利要求1所述的一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，其特征在于，输出高阶模的少模波导(2)和能量传递的单模波导(3)的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
3.根据权利要求1所述的一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，其特征在于，输入少模信号的少模波导(1)、输出高阶模的少模波导(2)和能量传递的单模波导(3)均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
4.根据权利要求1所述的一种用于平面光波导扇入扇出的复用器件，其特征在于，输入少模信号的少模波导(1)与输出高阶模的少模波导(2)之间互不接触。
5.一种应用于权利要求1～4任一条所述的用于平面光波导扇入扇出的复用器件的使用方法，其特征在于，使用流程包括：S1：承载着不同模式的信号从少模波导(1)中输入；S2：满足相位匹配条件时，少模波导(1)中的高阶模式通过单模波导(3)耦合到少模波导(2)中；S3：少模波导(1)中的基模信号则由于相位不匹配，不发生模式耦合，最终在少模波导(1)中原路输出。
6.根据权利要求5所述的使用方法，其特征在于，在S2中，高阶模式的能量能从少模波导(1)转移到少模波导(2)，少模波导(1)支持高阶模式，少模波导(1)和单模波导(3)组成定向耦合器，当高阶模满足相位匹配条件后，少模波导(1)中高阶模式的能量将转移到单模波导(3)的E11模中；
少模波导(2)支持高阶模式，少模波导(2)和单模波导(3)组成定向耦合器，最终单模波导(3)的高阶模式的能量转移到少模波导(2)中高阶模式中。
7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于，输出高阶模的少模波导(2)和能量传递的单模波导(3)的数量均设置为若干，构成若干个定向耦合器。
8.根据权利要求7所述的一种基于锥形定向耦合器的复用方法，其特征在于，输入少模信号的少模波导(1)、输出高阶模的少模波导(2)和能量传递的单模波导(3)均进行锥度处理，形成锥形定向耦合器。
9.根据权利要求8所述的使用方法，其特征在于，输入少模信号的少模波导(1)与输出高阶模的少模波导(2)之间互不接触。
10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，能量传递的单模波导(3)称“S”型，设置在输入少模信号的少模波导(1)与输出高阶模的少模波导(2)之间。
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