CN209928167U - 基于mlpfg的涡旋光场产生调控装置 - Google Patents

Abstract

一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，所述装置包括SMF、一对带螺纹的钢针、热缩管、NSF和一对普通钢针，所述SMF与NSF相接，所述带螺纹的钢针位于SMF外，对光纤施加压力F1，在光纤中形成MLPFG；所述普通钢针位于NSF外，对NSF纤芯施加的压力为F2；所述热缩管位于两对钢针外；所述普通钢针平面与带螺纹钢针平面之间的夹角为θ。本实用新型提出了一种基于MLPFG和非均匀受力光纤(NSF)的高集成、小型化涡旋光场产生调控装置。通过利用MLPFG的滤波特性以及NSF的模式调控特性，实现光纤内涡旋光场的产生及调控。

Description

基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置

技术领域

本实用新型涉及光纤结构光场领域，尤其是涉及机械制长周期光纤光栅(Mechanically induced Long-Period Fiber Gratings，缩写为MLPFG)的涡旋光场产生调控装置。

背景技术

涡旋光场光束存在通信容量大、低串扰、模态纯度高等特点。目前涡旋光束产生的方法有空间光调制器、圆柱透镜模式转换器、Q板、螺旋相位板、基于超材料的相位板和硅集成器件等。基于机械制长周期光纤光栅的涡旋光场调控装置可以通过对光纤光场模式选择、耦合等操作进行模场调控来产生涡旋光场光束。2015年提出过一种涡旋光场产生装置可以简单的通过调节压板对纤芯的压力就可以对光纤模式进行转化并产生涡旋光场，且光纤模式变化随着压力的变化呈现周期性的变化；光场可控性强，调控灵活，调制时间短。因此在模场调控方面有较高的竞争力。虽然该方法可以通过简单的调节压板压力来对光纤模场进行调控，但是由于外界压板和机械转子的存在，整个装置体积较大不利于高度集成且对装置的移动造成了一定的困难。由于上述装置的缺陷，大大限制了光纤涡旋光场的应用。随着对集成度等要求的提高，设计一种可以高度集成的，通过简单改变外界条件来调控产生光纤涡旋光场的装置是有必要的。

发明内容

为了克服已有涡旋光场产生装置体积大、集成度低、灵活性差等不足，本实用新型提出了一种基于MLPFG和非均匀受力光纤(Nonuniform Stressed Fiber，缩写为NSF)的高集成、小型化涡旋光场产生调控装置。通过利用MLPFG的滤波特性以及NSF的模式调控特性，实现光纤内涡旋光场的产生及调控。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，包括单模光纤(Single Mode Fiber，缩写为SMF)、一对带螺纹的钢针、热缩管、NSF和一对普通钢针，所述SMF与NSF相接，所述带螺纹的钢针位于SMF外，对光纤施加压力F1，在光纤中形成MLPFG；所述普通钢针位于NSF外，对NSF纤芯施加的压力为F2；所述热缩管位于两对钢针外；所述普通钢针平面与带螺纹钢针平面之间的夹角为θ。

进一步，光源从SMF输入，以基模LP01模式在SMF纤芯中传播，经过带螺纹钢针压制形成的MLPFG后，LP01模转换为LP11模式在包层中传播并耦合到NSF中；在NSF包层外放置一对与带螺纹钢针施加压力方向呈θ角的普通钢针并施加一定的压力，LP11模式在经过NSF时，由于普通钢针对纤芯的压力使纤芯折射率发生变化，因此LP11模式在光纤中传播时被分离为不同方向上的两个有相位差的LP11模式，记为LP11a和LP11b；通过对普通钢针压力和θ角的调节，可以调整LP11a和LP11b之间的相位差和两个模式传输的夹角，LP11a和LP11b在NSF中耦合为截面强度分布为环型且具有螺旋相位的涡旋光场并输出。

再进一步，所述SMF与NSF直接熔接在一起。

更进一步，所述螺纹钢针对SMF施加的压力和普通钢针对NSF施加的压力通过热缩管来进行调节，选用不同外径的热缩管并控制受热收缩过程，将热缩管收缩到预定的尺寸，即可实现不同的施加压力。

本实用新型的有益效果主要表现在：1、使用位于热缩管中且与形成MLPFG的啁啾螺纹钢针平面有一定夹角的普通钢针替代压板和机械转子。2、利用热缩效应调节钢针对纤芯的压力避免了使用外接压力装置带来的体积大、笨重和不利于集成等问题。

附图说明

图1为基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置的结构示意图。

图2为基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置的截面图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于机械制光纤光栅的涡旋光场产生调控装置，包括SMF2、一对带螺纹钢针3、热缩管5、普通钢针6、普通钢针7和NSF8，所述NSF8直接熔接在SMF2上，所述带螺纹钢针3位于SMF2外，其对光纤施加压力F1，在光纤中形成MLPFG4。所述钢针6、7位于NSF8外，其对NSF8纤芯施加的压力为F2。所述热缩管5位于带螺纹钢针3、普通钢针6、普通钢针7外。参照图2，所述普通钢针6、7平面与带螺纹钢针3平面之间的夹角为θ。

参照图1，整个装置的工作原理和过程如下：首先通过SMF纤芯1形成LP01模式。经过带螺纹钢针3对光纤施加的压力形成的MLPFG4后LP01模式(图1中10)转换为SMF包层2中的LP11模式(图1中12)。由于SMF与NSF纤芯径相近，所以整个过程中没有损耗(图1中11、13、15所示光谱图)。LP11模式传输进入与SMF2熔接的NSF8后，由于普通钢针6、7的压力使NSF8的纤芯折射率发生变化，使LP11模式在不同方向上形成一定的相位差。由此LP11模式分离为两个模式记为LP11a和LP11b。带螺纹钢针3对SMF2施加的压力和普通钢针6、7对NSF8施加的压力通过热缩管5来进行调节。选用不同外径的热缩管并控制受热收缩过程，可将热缩管收缩到预定的尺寸，即可实现不同的施加压力。通过对压力和θ的调节，能调节LP11a和LP11b之间的相位差和两个模式传输的夹角。最终在NSF的末端得到一个截面强度分布为圆环形、相位为螺旋分布的涡旋光束，光场图如图1中14所示。

Claims (4)

1.一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，其特征在于，所述装置包括SMF、一对带螺纹的钢针、热缩管、NSF和一对普通钢针，所述SMF与NSF相接，所述带螺纹的钢针位于SMF外，对光纤施加压力F1，在光纤中形成MLPFG；所述普通钢针位于NSF外，对NSF纤芯施加的压力为F2；所述热缩管位于两对钢针外；所述普通钢针平面与带螺纹钢针平面之间的夹角为θ。

2.如权利要求1所述的一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，其特征在于，光源从SMF输入，以基模LP01模式在SMF纤芯中传播，经过带螺纹的钢针压制后形成的MLPFG后LP01模转换为LP11模式在包层中传播并耦合到NSF中；在NSF包层外放置一对与带螺纹钢针施加压力方向呈θ角的普通钢针并施加一定的压力，LP11模式在经过NSF时，由于普通钢针对纤芯的压力使纤芯折射率发生变化，因此LP11模式在光纤中传播时被分离为不同方向上的两个有相位差的LP11模式，记为LP11a和LP11b；通过对普通钢针压力和θ角的调节，可以调整LP11a和LP11b之间的相位差和两个模式传输的夹角，LP11a和LP11b在NSF中耦合为截面强度分布为环型且具有螺旋相位的涡旋光场并输出。

3.如权利要求1或2所述的一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，其特征在于，所述SMF与NSF直接熔接在一起。

4.如权利要求1或2所述的一种基于MLPFG的涡旋光场产生调控装置，其特征在于，所述螺纹钢针对SMF施加的压力和普通钢针对NSF施加的压力通过热缩管来进行调节，选用不同外径的热缩管并控制受热收缩过程，将热缩管收缩到预定的尺寸，即可实现不同的施加压力。

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