一种全光纤的一阶oam模式产生系统的制作方法
【专利摘要】本发明实施例提供了一种全光纤的一阶OAM模式产生系统，包括滤模单元、扰模单元、模式产生单元；所述滤模单元、扰模单元和所述模式产生单元均属于光纤类单元；所述滤模单元滤除光纤中的高阶模从而得到低阶线性模式LP01模，其中，滤模单元的输入由光线经过偏振控制器而得；所述扰模单元接收所述滤模单元输出的LP01，将LP01模转化为LP11模；所述模式产生单元接收所述扰模单元输出的LP11模，产生一阶OAM模式。通过本系统，可以降低一阶OAM模式产生系统的插入损耗。
【专利说明】
一种全光纤的一阶OAM模式产生系统
技术领域
[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种全光纤的一阶0AM模式产生系统。
【背景技术】
[0002] 随着当前社会对通信带宽需求的不断增长，单模光纤通信系统的容量已经逼近香 农极限，为解决即将到来的通信容量危机，可利用模分复用的方法，即利用光在光纤中传播 产生的同时存在且相互不干扰的不同模式传输不同信息。而光纤中的模式包含标量模组成 的LP(Liner Polarization，线偏振模）模式和矢量模组成的0AM(Orbital Angular Momentum，轨道角动量)模式，因此上述两种模式的产生、转换成为在实现模分复用时非常 重要的一个环节。
[0003] 至今为止，许多产生0AM模式的系统已经被提出。传统的一阶0AM模式产生系统，如 自由空间装置，由于其为无源装置，因此在通信系统中的应用过程中插入损耗较大，又如传 统平面光波导技术，由于其光波输出形式为矩形输出，输出模式与通信系统中下一环节的 输入模式不匹配，因此同样存在模式输出时产生较大损耗的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明实施例的目的在于提供一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，以降低一阶 0AM模式产生系统的插入损耗。具体技术方案如下：
[0005] 本发明提供了一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，包括滤模单元、扰模单元、模 式产生单元;所述滤模单元、扰模单元和所述模式产生单元均属于光纤类单元；
[0006] 所述滤模单元滤除光纤中的高阶模从而得到低阶线性模式LPQ1模，其中，滤模单元 的输入由光线经过偏振控制器而得；
[0007] 所述扰模单元接收所述滤模单元输出的LPqi，将LPqi模转化为LPn模；
[0008] 所述模式产生单元接收所述扰模单元输出的LPn模，产生一阶0AM模式。
[0009] 可选的，所述滤模单元由少模光纤无缝均匀缠绕于绝缘棒或导体棒所构成，其中， 所述绝缘棒或导体棒的直径范围不小于0.5mm且不大于3mm，所述少模光纤在所述绝缘棒或 导体棒上的无缝缠绕圈数不小于5圈。
[0010] 可选的，所述扰模单元由少模光纤依次穿插绕过同一平面内等间距且平行排列的 绝缘棒或导体棒而形成，其中，所述间距为能够容下少模光纤穿过的距离。
[0011] 可选的，所述模式产生单元由沿着光纤直径的切面为椭圆形的少模光纤或少模保 偏光纤构成。
[0012] 本发明实施例提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，通过基于全光纤的一 阶0AM模式产生系统，以解决一阶0AM模式产生系统插入损耗较大的问题。由于本发明实施 例所提供的系统插入损耗小，因此提高了一阶0AM模式产生系统与光纤通讯系统的兼容性， 进而能够提升整个光纤通信系统效率。同时由于光纤体积小的特点，本发明实施例所提供 的系统易集成化且成本低廉。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到 以上所述的所有优点。
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以 根据这些附图获得其他的附图。
[0014] 图1为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的结构示意图；
[0015] 图2为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统中扰模单元的 结构示意图；
[0016] 图3为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的装置示意图；
[0017] 图4为两个正交简并模的相位差和少模光纤长度的关系示意图；
[0018] 图5为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式的装置示意图；
[0019] 图6为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式的监测装置示意图；
[0020] 图7为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式中滤膜单元的输出结果图；
[0021] 图8为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式中扰模单元的输出结果图；
[0022] 图9为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式中模式产生单元的输出结果图；
[0023] 图10为本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统的一种实现方 式的监测结果图。
【具体实施方式】
[0024]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0025] 本发明实施例提供了一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，以解决一阶0AM模式系 统插入损耗较大的问题。
[0026] 下面对本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统进行介绍。
[0027] 需要强调的是，本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统应用 于光纤通信系统，在光纤通信系统中，应用本系统的部分可以是光纤通信系统的发送部分。 其中，该光纤通信系统的种类可以包括语音通信、数据通信等等。
[0028]如图1所不，本发明实施例所提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，可以包 括滤模单元110、扰模单元120、模式产生单元130:
[0029]滤模单元110具体用于滤除光纤中的高阶模，从而得到低阶线性模式LP<n模;扰模 单元120接收所述滤模单元输出的LPoi，将LPoi模转化为LPn模;模式产生单元130接收所述 扰模单元输出的LPn模，产生一阶OAM模式。
[0030] 所述滤模单元110、扰模单元120和所述模式产生单元130均属于光纤类单元。
[0031] 其中，滤模单元110的输入由光线经过偏振控制器而得，偏振控制器的具体实现原 理与步骤为现有技术，在此不做赘述。
[0032]需要强调的是，LPn模中包括两个相互独立且能量不相互传播的正交简并模式 LPna和LPnb。产生一阶0AM的具体方法可以为，使两个正交简并模LPna和LPnb产生
的整数倍或
：的整数倍的相位差。进一步需要强调的是，模式产生单元130包括 快轴和慢轴，使两个正交简并模LPnjPLPnb产生上述相位差的具体方法可以为:使模式产 生单元120所输出的LPn模式的光轴与模式产生单元130的快轴或慢轴成45°角，即使正交简 并模LPiia和LPiib分别沿着模式产生单元130的快轴和慢轴传输。
[0033] 需要说明的是，上述一阶0AM包括左旋0AM和右旋0AM。
[0034] 具体的，上述滤模单元由少模光纤无缝均匀缠绕于绝缘棒或导体棒所构成。其中， 所述绝缘棒或导体棒的直径范围不小于〇.5mm且不大于3mm，少模光纤在所述绝缘棒或导体 棒上的无缝缠绕圈数不小于5圈。
[0035]其中，少模光纤为，模式数量少于10个的光纤。
[0036] 需要强调的是，上述绝缘棒或导体棒的长度由缠绕少模光纤的直径和缠绕圈数决 定。举例而言，少模光纤的直径为50um，缠绕圈数为10圈，那么，所述绝缘棒或导体棒的长度 不小于500um。进一步需要强调的是，所述绝缘棒或导体棒的作用仅仅为使少模光纤以螺旋 状的形式固定存在。也就是说，当少模光纤能够以螺旋状的形式固定存在时，上述绝缘棒或 导体棒必不一定存在。
[0037] 具体的，上述扰模单元由少模光纤依次穿插绕过同一平面内等间距且平行排列的 绝缘棒或导体棒而形成，具体缠绕方式可以如图2所示。其中，少模光纤为，模式数量少于10 个的光纤。
[0038]需要强调的是，图2仅仅说明少模光纤缠绕绝缘棒或导体棒的方式，其中的少模光 纤和棒体不对实际使用时所用的光纤和导体棒、绝缘棒的大小、粗细、数量进行限定。
[0039] 进一步需要强调的是，上述绝缘棒或导体棒的数量不少于5根，每一根绝缘棒或导 体棒的直径不小于0.5mm同时不大于3_。其中，构成上述扰模单元的可以为单一的绝缘棒、 单一的导体棒，或者也可以为绝缘棒与导体棒的组合。
[0040] 可以理解的是，绝缘棒或导体棒之间的间距为能够容纳下少模光纤的距离，例如 上述少模光纤的直径为30um，则绝缘棒或导体棒之间的距离为30um 〇
[0041]需要强调的是，所述绝缘棒或导体棒的作用仅仅为使少模光纤以上述形式的弯曲 态固定存在。也就是说，当少模光纤能够以上述形式的弯曲态固定存在时，上述绝缘棒或导 体棒必不一定存在。
[0042]具体的，上述模式产生单元由沿着光纤直径的切面为椭圆形的少模光纤或少模保 偏光纤构成。其中，沿着光纤直径的切面为圆形的少模保偏光纤由普通少模光纤增加应力 区而得，可以为熊猫型保偏光纤、领结型保偏光纤、椭圆芯子保偏光纤或椭圆包层保偏光纤 等。同时，上述沿着光纤直径的切面为椭圆形的少模光纤可以由普通少模光纤实时压制而 成，具体压制方法可以为，借助外力将直径方向切面为圆形的普通少模光纤压制为直径方 向切面为椭圆的少模光纤。需要说明的是，此时压制的力度，即上述椭圆长轴与短轴之差， 越大，则光纤产生一阶OAM的效率越高。而所压制少模光线的长度，由压制力度决定，压制力 度越大，需要压制的少模光纤的长度越短；压制力度越小，需要压制的少模光纤的长度越 长。
[0043] 本发明实施例提供的一种全光纤的一阶0AM模式产生系统，如图3所示，通过基于 全光纤的0AM模式产生系统，产生符合通信系统中下一环节输入模式的一阶0AM模式，以解 决一阶0AM模式产生系统插入损耗较大的问题。由于本发明实施例所提供的系统插入损耗 小，因此提高了一阶0AM模式产生系统与光纤通讯系统的兼容性，进而能够提升整个光纤通 信系统效率。在产生过程中，本发明实施例通过由少模光纤和少模保偏光纤构成的系统，高 效地将一阶LP模式转化为一阶0AM模式。同时由于光纤体积小的特点，本发明实施例所提供 的系统易集成化且成本低廉。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到 以上所述的所有优点。
[0044] 下面列举本实施例的一种具体实现方式，对本发明实施例以及本发明实施例所涉 及的原理进行详细说明：
[0045] 普通的少模光纤具有一组LPn模式，每个LPn模都具有两个正交简并模式，当这两 个正交简并模式LPiijPLPiib之间的相位差为31/2、331/2时，就可以得到(^模式（8卩(^±1 = LPlla± i XLPllb)。正交简并模在保偏光纤的快轴和慢轴方向上的传播常数不同，光纤的输 出端口的相位差可以写成：
A (}>为相位差，A为波长，Aneff为长周 期光纤光栅，L为光纤长度。因此如果将两个正交简并模的空间方向分别与快轴和慢轴对 齐，通过改变光纤的长度L或波长A，就可以实现正交模式的相位差为31/2或(34/2,进而产 生OAM+i或OAM-i两种模式。
[0046]具体的，当LPn模的光轴与光纤的慢轴（或快轴）呈45°角时，LPn^LPnb正好分别 与光纤的慢轴和快轴对齐。在一定的波长下，两个正交的LPlla和LPllb间的相位差和少模光 纤的长度呈线性关系如图4所示。两个正交简并模式的相位差由0到2JI时为一个拍长，当两 个正交简并模的相位差由〇变为V2时，打入的模式从LP模式变化到0AM模式;相位差由jt/2 变为n时，椭圆模式然后变化成另外一个与打入模式相正交的线性偏振模式。在相位差为3 Ji/2到2JI时，又重复着这一变化过程，最后在拍长L b处恢复原来的模式。所以设计光纤的长 度使两个正交模的相位差为V2和3V2,就可以在输出端产生OAMu/OAM-u
[0047] 如图5所示，光线首先经过偏振控制器，偏振控制器将光源产生的不同偏振方向的 光都调整为偏正方向与少模保偏光纤的慢轴对齐。然后光束通过一段少模光纤连接到一个 滤模器，滤模器滤除光纤中的高阶模从而得到纯净的LP01模。接着将得到的LP Q1模通过一个 扰模器，将LP<n模转化为LPn模，该LPn模式的光轴与少模保偏光纤的慢轴呈45°角。接着将 模式扰乱器转换成的LPn模打入熊猫型少模保偏光纤中，根据前述原理，当LPn模的光轴与 光纤的慢轴（或快轴）呈45°角时，LPnjPLPnb正好分别与光纤的慢轴和快轴对齐。LPndP LP llb的传播常数会有一个差值，通过控制波长和保偏光纤的长度，可以改变出射LPnjP LPllb的相位差，从而得到0AM模式。
[0048] 进一步的，在图5的基础上如图6所示，为了监测本发明实施例的产生效果，本发明 实施例还提供一种监测装置。使用1:1光纤耦合器将光线分为能量均等的两束光线，一束经 偏振控制器进入本发明实施例提供的一阶OAM模式产生系统；另一束作为参照光束用于监 测，此监测光线经过凸透镜、偏振片在分光镜处与经过透镜的一阶OAM模式产生系统的输出 进行干涉，接着利用计算机控制器将干涉结果显示在计算机显示器上。监测一阶OAM模式产 生过程的结果如图7、图8、图9、图10所示。
[0049]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0050] 本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部 分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实 施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例 的部分说明即可。
[0051] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在 本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围 内。
【主权项】
1. 一种全光纤的一阶OAM模式产生系统，其特征在于，包括滤模单元、扰模单元、模式产 生单元;所述滤模单元、扰模单元和所述模式产生单元均属于光纤类单元； 所述滤模单元滤除光纤中的高阶模从而得到低阶线性模式LPo1模，其中，滤模单元的输 入由光线经过偏振控制器而得； 所述扰模单元接收所述滤模单元输出的LPo1，将LPo1模转化为LP11模； 所述模式产生单元接收所述扰模单元输出的LPn模，产生一阶OAM模式。2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述滤模单元由少模光纤无缝均匀缠绕于绝缘棒所构成，其中，所述绝缘棒或导体棒 的直径范围不小于0.5mm且不大于3mm，所述少模光纤在所述绝缘棒或导体棒上的无缝缠绕 圈数不小于5圈。3. 根据权利要求1所述的系统，其特性在于， 所述滤模单元由少模光纤无缝均匀缠绕于导体棒所构成，其中，所述绝缘棒或导体棒 的直径范围不小于0.5mm且不大于3mm，所述少模光纤在所述绝缘棒或导体棒上的无缝缠绕 圈数不小于5圈。4. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述扰模单元由少模光纤依次穿插绕过同一平面内等间距且平行排列的绝缘棒而形 成，其中，所述间距为能够容下少模光纤穿过的距离。5. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于， 所述扰模单元由少模光纤依次穿插绕过同一平面内等间距且平行排列的导体棒而形 成，其中，所述间距为能够容下少模光纤穿过的距离。6. 根据权利要求1-5任一项所述的系统，其特征在于， 所述模式产生单元由沿着光纤直径的切面为椭圆形的少模光纤或少模保偏光纤构成。
【文档编号】G02B6/27GK105891957SQ201610423400
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】李岩, 曾星琳, 伍剑, 冯立鹏, 李蔚, 林金桐
【申请人】北京邮电大学