专利名称：基于多芯光纤的光传输结构及具有该结构的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信技术领域，更为具体地，涉及一种基于多芯光纤的多路并行光传 输结构，以及具有该光传输结构的装置，比如激光器和传感器。
背景技术：
根据光纤传播模式的特征，可以将光纤分为单模光纤和多模光纤两类。单模光纤 只允许按一个本征模式传播，而多模光纤则可传输数以百计的模式。所谓的SMS(Single mode-Multimode-Single mode)光传输结构是指分别将一段 单模光纤、多模光纤、单模光纤级联起来，形成一个多路并行反馈光纤结构，如图1所示。该 光传输结构的特点是当输入光从单模光纤耦合进多模光纤时，会激发起各种不同的模式， 从而提供了多条光传输路径，由此当光从多模光纤再次耦合进单模光纤时，不同模式汇聚 成单模光纤的基模来继续进行传播。根据不同光路传播常数之间的关系，通过计算不同模 式的群速度与相位差，可以得到不同谐振情况的光反馈结构。假设多模光纤的归一化频率 为W是多模光纤基本参数，其与多模光纤折射率和芯径有关)，则对于渐变型折射率多模
光纤，其传播模式总数为f ；对于阶跃型折射率多模光纤，其传播模式总数为f。
42如果将多段多模光纤级联，那么光传输路径将以指数增加。如图2所示，假设多模 光纤能传播的模式数为n，多模光纤级联的段数为m，则整个反馈结构能够提供的光路数目 为N = nm，也就是说，用于传输的光路数目将以指数形式迅速增加。这样，将m段“单模光 纤-多模光纤-单模光纤”结构级联起来时，独立的通路数为nm个，会随着级联段数急剧增 加。若将该级联结构环起来形成环形谐振腔，将产生nm个独立谐振回路。若将该级联结构 两端加上反射镜，即形成线腔激光器结构，将产生nm*nm = η"11个独立谐振回路。当谐振腔中 存在增益介质，形成激光器时，所产生激光需要同时满足所有谐振腔的限制条件，从而所获 得的激光具有极窄的线宽。因此，利用上述光传输结构，在实际应用中，可以减小激光器线 宽，并且作为光源，可以提高陀螺传感器的精度。虽然上述光传输结构能够提供数目巨大的反馈光路，用途广泛。但是仍存在下述 缺点(1)单模光纤和多模光纤耦合时，功率损耗较大；(2)当光从单模光纤进入多模光纤时，激发起的各种模式从低阶到高阶能量递减， 低阶的几个模式将占到整个耦合功率的99%以上，这样就减弱了高阶模式对光路的作用； 以及(3)不同模式之间传播常数差很小，而且容易受到环境因素影响。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供了一种基于多芯光纤的多路并行光传输结构，利用上 述光传输结构，可以减少光纤耦合时的功率损耗，以及减弱高阶模式对光路的影响。
根据本发明的一个方面，提供了一种基于多芯光纤的多路并行光传输结构，包括 多段单/多模光纤以及多段多芯光纤，其中，所述多段单/多模光纤和所述多段多芯光纤按 照交替的方式连接。此外，所述单/多模光纤的包层直径与所述多芯光纤的包层直径相同。优选地，所述单/多模光纤以及多芯光纤的包层直径为125μπι。此外，所述多芯光纤的纤芯个数、纤芯的折射率、纤芯直径、纤芯间距、纤芯形状以 及纤芯的放置位置根据需要设定。根据本发明的另一方面，提供了一种基于并行反馈的激光器，包括如上所述的多 路并行光传输结构。根据本发明的另一方面，提供了一种传感器，包括如上所述的多路并行光传输结 构。为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在 权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。 然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明 旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。本发明的积极效果为利用本发明的基于基于多芯光纤的多路并行光传输结构，利用上述光传输结构， 可以减少光纤耦合时的功率损耗，以及减弱高阶模式对光路的影响。
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面 理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中图1示出了常规的SMS光传输结构；图2示出了常规的单模光纤和多模光纤级联结构示意图；图3示出了包含7芯单模光纤的多芯光纤的示意图；图4Α和4Β示出了包含19芯单模光纤的多芯光纤的折射率分布图和尺寸图；图5示出了根据本发明的基于多芯光纤的光传输结构示意图；图6示出了具有根据本发明的基于多芯光传输结构的激光器的方框示意图；和图7示出了具有根据本发明的基于多芯光传输结构的传感器的方框示意图。在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施例方式在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐 述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。 在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。下面将参照附图来对根据本发明的各个实施例进行详细描述。图3示出了一种多芯光纤的结构示意图。如图3所示，该多芯光纤通过将七个不 同折射率的单模光纤纤芯对称均勻地嵌在光纤包层之中而形成，优选地，所述七个单模光 纤纤芯中的一个放置在中心，其余六个按照正六边形布置。在图3中示出的多芯光纤中，单模光纤的纤芯直径为9 μ m,单模光纤之间的纤芯间距为18 μ m,单模纤芯到包层边缘的 距离为31 μ m。由此，可以计算出图3中示出的多芯光纤的包层直径为31*2+1淋2+9*3 = 125 μ m，这与通常使用的单模光纤和多模光纤的直径相同。在图3中示出的多芯光纤中，Iitl为包层折射率，7个纤芯折射率大小关系为=Ii1 > n2 > n3 > n4 > n5 > n6 > n7，而且折射率大小相对分散排列。这是因为在对最后的输出端 的光进行干涉叠加时，由于临近纤芯回路的折射率差别较大，积累的相位差相对较大，干涉 叠加效果更好。作为示例，表1示出了在图3中示出的多芯光纤中的各个纤芯的折射率，其 是线性等距变化的。
权利要求
1.一种基于多芯光纤的多路并行光传输结构，包括多段单/多模光纤以及多段多芯光 纤，其中，所述多段单/多模光纤和所述多段多芯光纤按照交替的方式连接。
2.如权利要求1所述的多路并行光传输结构，其中，所述单/多模光纤的包层直径与所 述多芯光纤的包层直径相同。
3.如权利要求2所述的多路并行光传输结构，其中，所述单/多模光纤以及多芯光纤的 包层直径为125 μ m。
4.如权利要求2所述的多路并行光传输结构，其中，所述多芯光纤的纤芯个数、纤芯的 折射率、纤芯直径、纤芯间距、纤芯形状以及纤芯的放置位置根据需要设定。
5.一种基于并行反馈的激光器，包括如权利要求1到4中任何一个所述的多路并行光 传输结构。
6.一种传感器，包括如权利要求1到4中任何一个所述的多路并行光传输结构。
全文摘要
本发明提供了一种基于多芯光纤的多路并行光传输结构，包括多段单/多模光纤以及多段多芯光纤，其中，所述多段单/多模光纤和所述多段多芯光纤按照交替的方式连接。利用上述光传输结构，可以减少光纤耦合时的功率损耗，以及减弱高阶模式对光路的影响。
文档编号G02B6/24GK102096150SQ20101060138
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者余晓琦, 徐连宇, 朱立新, 李正斌, 王大量, 王子南, 王玉杰, 王翠云, 蒋云, 贾雷, 路萍 申请人:北京大学