一種級聯型長周期光纖光柵的濾模器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及少模光纖通信領域，運用于少模光纖通信的模式復用系統及器件中， 以提高模式的純度，減小模式間的串擾。
【背景技術】
[0002] 隨著網絡事業的發展，人們對光纖通信容量的需求越來越大。增加長距離通信容 量的一個有效辦法就是使用波分復用技術。波分復用系統可以實現在一根光纖中同時傳輸 多個波長不同、載有不同信息的光波，從而增加通信容易。為分離這些光波，并抑制其它波 長光的干擾，需要濾波器進行濾波。濾波器的目的是保證所需要的波長范圍的信號通過，抑 制波長范圍外的信號，所以濾波器在信號的輸入輸出過程中起著關鍵的作用，是必不可少 的器件，其性能的好壞決定著整個系統的通信質量。
[0003] 隨著人們對信息需求的日益增長，由于單模光纖自身固有的非線性效應限制，單 模光纖可能在未來不遠的時間達到可以預見的"帶寬耗盡"，因此尋求一種能從根本上解決 單模光纖自身"帶寬極限"的光傳送技術成為重中之重，以多模光纖中的不同模式傳輸不同 的信息的方法成為其中的一種方案。少模光纖支持的模式數大于單模光纖，但小于傳統多 模光纖，這使得其既能提供若干可供復用的穩定信道，又不至于引起大的模式色散，因此少 模光纖的模分復用技術就是在這種大背景下應運而生。這就是被認為是打破單模光纖傳輸 極限最具前景的辦法之一的空分復用技術。與濾波器在波分復用系統中的地位相似，在空 分復用系統中也需要具有選擇性濾除模式功能的濾模器件，即濾模器。
[0004] 對于模分復用系統來說，模式轉換技術至關重要。在模分復用系統中，主要是指將 基模轉換到其他高階模或將高階模轉換到基模的過程。單模光纖可以產生基模，但是高階 模的產生需要由基模轉化，這轉化過程不會是完全轉換的，會殘留一些基模，這就會產生模 式間的串擾，這時就需要濾模器來濾除不需要的模式而不影響需要的模式。
[0005] 可以看出，濾模器性能的好壞同樣決定著整個空分復用系統的通信質量。而目前 并沒有適合的濾模器。
[0006] 目前，國內外研究者對模分復用解決方案主要歸納為基于光纖結構的模分復用 以及基于空間光學元件的模分復用。人們提出了雙芯光纖結構模式耦合器[Opt.Lett.， 2000, 25,pp. :710-712]，通過控制光纖耦合器相互作用的參數來實現模式復用與解復用 器。人們也提出了SLM(SpatialLightModulator)結構模式耦合器[IEEEICT0N(2012)， Th.Al. 3. ]〇
【發明內容】
[0007] 針對以上不足，本發明的目的是提出一種損耗低、體積小、穩定性好、工作帶寬大 及可靠性高的基于長周期光纖光柵的濾模器。
[0008] 本發明的技術方案是：一種級聯型長周期光纖光柵的濾模器，包括光纖，以及在所 述光纖的纖芯寫入N段（N多2)長周期光纖光柵，所述光纖光柵被低折射率材料所包圍；
[0009] 所述光纖為少模光纖，包括纖芯和包層，光纖的歸一化頻率V> 2. 405,所述歸一 化頻率，其中a為纖芯半徑，A為工作波長，nrara(A)為波長為人時 的纖芯折射率，r^lad(A)為波長為A時的包層折射率；所述長周期光纖光柵使所述光纖的 基模（^^模）與包層模（LPjt，n> 2)發生耦合，對于第i段（i= 1，2，. . .N)長周期光 纖光柵，其周期A;滿足AA;/〇1。（XJ-n。A;))，其中A;為光柵的中心波長，n。（入;） 為光纖基模（^^模）的有效折射率，nAJ為包層模（LPjt，n> 2)的有效折射率；為 增加濾模帶寬，至少有兩段長周期光纖光柵其中心波長之差A滿足15多A多5nm;
[0010] 所述低折射率材料其折射率叫低于包層折射率n ，以形成包層模；每段所述光 纖光柵之間至少有一段長度不短于l〇mm的所述少模光纖；所述少模光纖的涂覆層的折射 率n]adi高于所述少模光纖的包層折射率n ，以形成有效的包層模濾模機制。
[0011] 進一步，所述長周期光纖光柵均采用切趾型光柵結構，第i段（i= 1，2, ...N)光 纖光柵沿光纖軸向的光柵幅值變化表達式為：v(Z) =cos(JrZ/U，-1^/2 <Z< 1^/2，1^為 第i段光纖光柵的長度。
[0012] 進一步，所述長周期光纖光柵的中心波長之間滿足：A]+1>A,，這里j= 1，2...， N-1，且任意兩段相鄰的長周期光纖光柵的中心波長之差A均滿足15 >A> 5nm。
[0013] 進一步，所述長周期光纖光柵的周期滿足：A]+1=AJl+s/A,)，其中： 15 多s多 5nm〇
[0014] 進一步，所述少模光纖的歸一化頻率V< 5. 52。
[0015] 進一步，所述光纖在光纖光柵部分去除涂覆層，相鄰的兩段光纖光柵之間保留不 少于30_的涂覆層，所述光纖光柵及光纖光柵之間的光纖段均置于折射率低于光纖包層 折射率的液體中。
[0016] 進一步，所述光纖光柵外側包裹的低折射率材料的折射率&與包層的折射率r^lad 之差滿足：〇? 05 > (ndad-ni) > 0? 001。
[0017] 進一步，所述少模光纖的涂覆層的折射率與所述少模光纖的包層折射率之差滿 足：njack-nclad> 0? 005
[0018] 本發明的技術效果：采用相位匹配光纖光柵結構，在少模光纖纖芯寫入長周期光 纖光柵，使其光纖基模OiV)與包層模發生耦合，而其它高階模不發生耦合，從而實現濾除 基模的目的。采用切趾光柵結構，使高階模能量耦合回纖芯，從而減小了光柵對傳輸模式的 損耗。長周期光纖光柵的耦合效率與波長有關，因此其工作帶寬較窄。基于此，本發明提出 采用聯級長周期光纖光柵結構，由周期不同的長周期光纖光柵級聯而成，并采用少模光纖 結構實現對包層模的濾除，從而增大了工作帶寬。本發明可以運用于少模光纖通信的模式 復用系統中，以提高模式的純度，減小系統模式間的串擾。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明的一種實施例的示意圖；
[0020] 圖2為傳輸光波長為1. 55ym時，非切趾光纖光柵中LPQ1模和LPn模的能量與傳 輸距尚的關系圖；
[0021] 圖3為傳輸光波長為1. 55ym時，切趾光纖光柵中LPM模和LP^模的能量與傳輸 距尚的關系圖；
[0022] 圖4為中心波長為1. 55ym的光柵分別在切趾和非切趾條件下，模的歸一化 輸出能量與波長的關系圖；
[0023] 圖5為中心波長為1. 55ym的光柵分別在切趾和非切趾條件下，LPn模的歸一化 輸出能量與波長的關系圖；
[0024] 圖6為LPQ1模經單個光纖光柵（光柵中心波長分別為1. 54,1. 55和1. 56ym)后 的歸一化輸出能量隨波長關系圖；
[0025] 圖7為傳輸光波長為1. 555ym時，級聯光纖光柵（光柵中心波長分別為1. 54， 1. 55和1. 56ym)中口^模能量與傳輸距離的關系圖；
[0026] 圖8為傳輸光波長為1. 555ym時，級聯光纖光柵（光柵中心波長分別為1. 54， 1. 55和1. 56ym)中口^模能量與傳輸距離的關系圖；
[0027] 圖9為級聯光纖光柵中（光柵中心波長分別為1. 54,1. 55和1. 56ym)LPQ1模和 LPn模能量隨波長的關系圖；
[0028] 圖10為三個周期相同的光柵組成的級聯光纖光柵（光