一种光纤传输模式控制装置的制作方法

本实用新型涉及光纤通讯技术领域，特别是涉及一种光纤传输模式控制装置。

背景技术：

多模光纤自上世纪80年代进入市场以来，经历了从om1、om2、om3、om4的演进。其中，om3是针对垂直腔面发射激光光源优化的多模光纤，有效模式带宽(emb,effectivemodalbandwidth)达到2000mhz.km，支持100gbase-sr10距离达到100米，而om4有效模式带宽(emb)相比om3提高了1倍多，达到4700mhz.km，然而支持100gbase-sr10距离仅有150米，相对于om3光纤，100g以太网传输距离仅仅增加了50％，仍然无法满足未来网络的需求。经研究发现由于多模光纤的模式色散导致所传输信号的失真，限制了多模光纤的有效模式带宽，进而导致无法长距离的传输信号。因此，如何降低多模光纤的模式色散，是目前光纤通讯领域急需要解决的技术问题。

此外，通常所谓的单模光纤截止波长实际为光缆截止波长，只是在光纤长度较长时，其基模以上的高阶模式能量被损耗掉，形成了单基模传输，但在光纤较短时，却可以维持一个以上的纤芯传导模式(guidedmode)，模式间会发生干涉；对于弯曲不敏感的双包层单模光纤，参与模间干涉的模式，除了上述的纤芯中一个以上的传导模式外，其第一包层中的模式也会与纤芯中的传导模式发生干涉。这些模式间的干涉，会造成光纤器件的波长相关性指标变差。因此，如何维持短单模光纤的单基模传输，也是目前光纤通讯领域急需要解决的技术问题。本实用新型将上述两种名义上的单模光纤统称为光缆单模光纤。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种光纤传输模式控制装置，能够减少和控制在多模光纤传输系统中光路实际传输的模式数量，从而降低光信号模式色散量和光信号脉冲的展宽或畸变，同时降低短的光缆单模光纤中的模式间干涉。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：光源、耦合透镜、第一少模光纤滤模器、第一多模传输光纤和光接收器；

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一少模光纤滤模器；所述第一少模光纤滤模器用于过滤所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得低阶子模式群光脉冲信号，并将所述低阶子模式群光脉冲信号以高耦合效率方式注入所述第一多模传输光纤；所述第一多模传输光纤用于将所述低阶子模式群光脉冲信号传输至所述光接收器；所述光接收器用于将接收到的所述低阶子模式群光脉冲信号转化为电脉冲信号。

可选的，所述第一少模光纤滤模器为特定工作波长下特定归一化频率的少模光纤；其中，所述少模光纤的模式数量为2至40个；

所述第一少模光纤滤模器的少模光纤的进光端的基模模场与所述第一少模光纤滤模器的少模光纤的入射光的基模模场的匹配度大于设定阈值；所述第一少模光纤滤模器的少模光纤的出光端的基模模场与所述第一少模光纤滤模器的少模光纤的出射端的接收光纤的基模模场的匹配度大于设定阈值；所述匹配度为耦合效率值；所述接收光纤为所述第一多模传输光纤的接收光纤。

可选的，所述耦合透镜以最高耦合效率方式将所述光脉冲信号耦合至所述第一少模光纤滤模器，使得光脉冲信号分布在所述第一少模光纤滤模器的基模模式或者低阶模式上。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：光源、耦合透镜、第一少模光纤滤模器、第一多模传输光纤、第二少模光纤滤模器和光接收器；

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一少模光纤滤模器；所述第一少模光纤滤模器用于过滤所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得第一低阶子模式群光脉冲信号，并将所述第一低阶子模式群光脉冲信号以高耦合效率方式注入所述第一多模传输光纤；所述第一多模传输光纤用于将所述第一低阶子模式群光脉冲信号传输至所述第二少模光纤滤模器；所述第二少模光纤滤模器用于滤除传输在所述第一多模传输光纤中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得第二低阶子模式群光脉冲信号，并将所述第二低阶子模式群光脉冲信号发送至所述光接收器；所述光接收器用于将接收到的所述第二低阶子模式群光脉冲信号转化为电脉冲信号。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：光源、耦合透镜、第一多模传输光纤、第一少模光纤滤模器、第二多模传输光纤和光接收器；

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一多模传输光纤，所述第一多模传输光纤用于将所述光脉冲信号传输至所述第一少模光纤滤模器；所述第一少模光纤滤模器用于滤除传输在所述第一多模传输光纤中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得低阶子模式群光脉冲信号，并将所述低阶子模式群光脉冲信号通过所述第二多模传输光纤发送至所述光接收器；所述光接收器用于将接收到的低阶子模式群光脉冲信号转化为电脉冲信号。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：光源、耦合透镜、第一多模传输光纤、第一少模光纤滤模器、第二多模传输光纤、第二少模光纤滤模器和光接收器；

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一多模传输光纤，所述第一多模传输光纤用于将所述光脉冲信号传输至所述第一少模光纤滤模器；所述第一少模光纤滤模器用于滤除传输在所述第一多模传输光纤中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得第一低阶子模式群光脉冲信号，并将所述第一低阶子模式群光脉冲信号通过所述第二多模传输光纤发送至所述第二少模光纤滤模器，所述第二少模光纤滤模器用于滤除传输在所述第二多模传输光纤中的高阶子模式群光脉冲信号和中阶子模式群光脉冲信号，获得第二低阶子模式群光脉冲信号，并将所述第二低阶子模式群光脉冲信号发送至所述光接收器；所述光接收器用于将接收到的所述第二低阶子模式群光脉冲信号转化为电脉冲信号。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：第一单模光纤滤模器、第一耦合结构、第二单模光纤滤模器、第二耦合结构、光缆单模传输光纤、第三耦合结构、第三单模光纤滤模器、第四耦合结构和第四单模光纤滤模器；

所述第一单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第一耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第二单模光纤滤模器；所述第二单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第二耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述光缆单模传输光纤；所述光缆单模传输光纤用于传输混合模光信号，并通过所述第三耦合结构将所述混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第三单模光纤滤模器；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第三单模光纤滤模器用于滤除传输在光缆单模传输光纤光路中的非基模光信号，获得过滤后的单基模光信号，并将过滤后的单基模光信号通过所述第四耦合结构注入所述第四单模光纤滤模器后以基模形式输出。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：第一单模光纤滤模器、第一隔离器耦合结构、第二单模光纤滤模器、第二耦合结构、光缆单模传输光纤、第三耦合结构和第三单模光纤滤模器；所述第一隔离器耦合结构为包含两个透镜的自由空间间接耦合结构，且两个透镜之间设有光隔离器；

所述第一单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第一隔离器耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第二单模光纤滤模器；所述第二单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第二耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述光缆单模传输光纤；所述光缆单模传输光纤用于传输混合模光信号，并通过所述第三耦合结构将所述混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第三单模光纤滤模器；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第三单模光纤滤模器用于滤除传输在光缆单模传输光纤光路中的非基模光信号，获得过滤后的单基模光信号，并将过滤后的单基模光信号以基模形式输出。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：第一光路段和第二光路段；所述第一光路段包括第一单模光纤滤模器、第一环行器耦合结构、第二单模光纤滤模器、第二耦合结构、第一光缆单模传输光纤、第三耦合结构和第三单模光纤滤模器；所述第二光路段包括第四单模光纤滤模器、第四耦合结构、第二光缆单模传输光纤、第五耦合结构和第五单模光纤滤模器；所述第二光路段通过所述第一环行器耦合结构与所述第一光路段连接；所述第一环行器耦合结构为包含两个透镜的自由空间间接耦合结构，且两个透镜之间设有光环行器；

在所述第一光路段中，所述第一单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第一环行器耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第二单模光纤滤模器；所述第二单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第二耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第一光缆单模传输光纤；所述第一光缆单模传输光纤用于传输混合模光信号，并通过所述第三耦合结构将所述混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第三单模光纤滤模器；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第三单模光纤滤模器用于滤除传输在第一光缆单模传输光纤光路中的非基模光信号，获得过滤后的单基模光信号，并将过滤后的单基模光信号以基模形式输出；在所述第二光路段中，所述第四单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第四耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第二光缆单模传输光纤；所述第二光缆单模传输光纤用于传输混合模光信号，并通过所述第五耦合结构将所述混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第六单模光纤滤模器；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第六单模光纤滤模器用于滤除传输在第二光缆单模传输光纤光路中的非基模光信号，获得过滤后的单基模光信号，并将过滤后的单基模光信号通过所述第一环行器耦合结构耦合进入所述第一单模光纤滤模器后以基模形式输出。

为实现上述目的，本实用新型还提供了如下方案：

一种光纤传输模式控制装置，包括：第一单模光纤滤模器、第一耦合结构、光缆单模传输光纤、第二耦合结构和第二单模光纤滤模器；

所述第一单模光纤滤模器用于产生并维持单基模光信号，然后通过所述第一耦合结构将单基模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述光缆单模传输光纤；所述光缆单模传输光纤用于传输混合模光信号，并通过所述第二耦合结构将所述混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进所述第二单模光纤滤模器；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第二单模光纤滤模器用于滤除传输在光缆单模传输光纤光路中的非基模光信号，获得过滤后的单基模光信号，并将过滤后的单基模光信号以基模形式输出。

根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：

本实用新型提供了一种光纤传输模式控制装置，包括：单模光纤滤模器和光缆单模传输光纤；光缆单模传输光纤用于传输单基模光信号；单模光纤滤模器用于滤除传输在光缆单模传输光纤光路中的较高阶模式，获得过滤后的单基模光信号。因此，本实用新型通过设置单模光纤滤模器能够减少在光缆单模传输光纤光路中实际传输的模式数量，控制光缆单模传输光纤光路中只有单基模模式传输，从而可降低所述光纤器件或光模块光路中的横模模式间的干涉，改善光纤器件或光模块的波长相关特性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图2为本实用新型实施例2光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图3为本实用新型实施例3光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图4为本实用新型实施例4光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图5为本实用新型实施例5光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图6为本实用新型实施例6光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图7为本实用新型实施例7光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图；

图8为本实用新型实施例8光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

为实现降低光信号模式色散量和光信号脉冲的展宽或畸变的目的，本实用新型提供了一种光纤传输模式控制装置，能够减少和控制在多模光纤传输系统中光路实际传输的模式数量，从而降低光信号模式色散量和光信号脉冲的展宽或畸变，同时降低光纤器件或光模块光路中的横模模式间的干涉。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

由光纤的归一化频率与所能支持模式数量的关系可知，控制光纤的归一化频率v的大小就可以控制光纤中传输的模式数量。多模光纤、少模光纤和单模光纤只是对特定波长具有不同的归一化频率v的光纤的分类称谓，并无本质不同。

多模光纤是数据中心等短途通讯中首选的较为经济的布线介质，这是由于采用多模光纤(multimodeopticalfiber)以及垂直腔面发射激光(vcsel)光源会对整个通讯系统带来很大的成本优势。

多模光纤可以容纳多个横模模式传输，不同模式的传播常数(propagationconstants)也是不同的，称为模式色散(modaldispersion)，不同模式的空间能量分布(spatialpowerdistribution)也是不同的，从光纤出射到自由空间后的能量分布和发散角也不同。在弱导近似下，光纤的线偏振模记为lpnm,其中n取值自然数0，1，2，3......n，m取值正整数1，2，3，4......m，n，m的值越大，模式的阶数就越高，lp01是最低阶的模式，称为基模模式。光纤的归一化频率(normalizedfrequency)越大，则n、m的值越大，即光纤能支持的模式数量就越多。一般的多模光纤内可支持几百或上千个模式；其它条件不变时，光纤纤芯的横截面积越大，则光纤的归一化频率越大。当光由光源耦合进入多模光纤后，可在光纤内激发这些模式中的一部分或全部，每个模式上获得能量或多或少，具有一定的分布，称为模式能量分布(mpd，modepowerdistribution)，这些被激发了的模式集合称为模式群，一个模式群中可根据n、m值分为数个n、m连续取值的子模式集合，称为子模式群。含有基模lp01的子模式集合称为低阶子模式群，称为l0，近邻低阶子模式群的较高阶子模式集合称为中阶子模式群，称为l1，近邻中阶子模式群的较高阶子模式集合称为高阶子模式群，称为l2。大部分光能量可集中在一个或一个以上子模式群中，子模式群中光的总能量除以子模式群中的模式总数量的值，称为子模式群平均光能量。较低阶模式的相速度小于较高阶模式的，对于同样的多模光纤，模式数量越多，模式间的传播常数差异就大，色散量就越大。相邻模式间的传播常数差异最小，模式色散量也最小。模式阶数越高，其能量分布越靠近纤芯边界。从光纤出射进入自由空间后，模式阶数越高的光，发散角越大。

在多模光纤通讯中，不同模式间的色散可导致光脉冲信号被展宽或畸变，相应的电脉冲信号也被展宽或畸变，不易被分辨，导致误码率(ber，biterrorrate)增加，眼图(eyediagram)变差，限制了多模光纤的有效模式带宽。因此需要减少模光纤的模式色散，增加多模光纤的有效模式带宽，以便为下一代可能出现的更高速的以太网提供余量空间。

因此，本实用新型是在满足光接收器灵敏度(receiversensitivity)的前提下，通过在光纤光路中串接少模光纤滤模器，减少并控制多模光纤通讯系统中进入光接收器光敏面上的模式数量，使光接收器光敏面接收到尽量大的低阶子模式群平均光能量，就可减少模式色散，降低脉冲信号被展宽或畸变的程度；特别地，通过在光纤光路中串接单模光纤滤模器，将全部传输的能量集中在基模lp01上，则完全不存在模式色散带来的脉冲展宽。

同样的道理，设置单模光纤滤模器能够滤除光缆单模传输光纤光路中的高阶模式，只保留基模lp01，从而可降低或消除光纤器件或光模块光路中的横模模式间的干涉，改善光纤器件或光模块的波长相关特性。

实施例1

图1为本实用新型实施例1光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图1所示，本实施例提供的光纤传输模式控制装置包括：光源、耦合透镜(图中未画出光源和耦合透镜)、第一多模传输光纤101、第一少模光纤滤模器102、第二多模传输光纤103和光接收器900。

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一多模传输光纤101，所述第一多模传输光纤101用于将所述光脉冲信号传输至所述第一少模光纤滤模器102；所述第一少模光纤滤模器102用于滤除所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，即滤除传输在所述第一多模传输光纤101光路中的高、中阶子模式群光脉冲信号l2，l1，获得低阶子模式群光脉冲信号l0，并将所述低阶子模式群光脉冲信号l0通过所述第二多模传输光纤103发送至所述光接收器900；所述光接收器900用于接收过滤后的光脉冲信号，即所述低阶子模式群光脉冲信号l0，并将过滤后的光脉冲信号转化为电脉冲信号。

其中，所述第一多模传输光纤101位于耦合透镜之后，所述第一多模传输光纤101和所述第二多模传输光纤103的长度均在0.5毫米至600毫米之间。所述第一少模光纤滤模器102的长度在0.5毫米至600毫米之间。

所述第一少模光纤滤模器102为特定工作波长下特定归一化频率v的少模光纤；所述少模光纤的模式数量为2至40个，优选的数量是2至10个，更优的是2至4个。

对于阶跃折射率分布的光纤所能支持传输的模式数量近似为v²/2，对于梯度折射率分布的光纤所能支持传输的模式数量近似为v²/4，归一化频率λ0为波长，n1为纤芯最大折射率，n2为包层折射率，半径r为光纤半径，此处的模式数包括偏振态兼并模式。例如，对于阶跃折射率分布的光纤，当归一化频率v<2.405时，只能传输偏振态对传播常数(propagationconstant)简并的两个偏振模式。

所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的进光端的基模模场与所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的入射光的基模模场最大程度地匹配；所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的出光端的基模模场与所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的出射端的接收光纤的基模模场最大程度地匹配；所述两个模场的匹配，是指两个模场的耦合效率大于80％，更优的耦合效率大于90％。所述接收光纤为少模光纤滤模器后面连接的多模传输光纤。

所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的进光端的基模模场可通过热扩束光纤纤芯(tec，thermalexpandedcore)工艺予以扩大，与其入射光的基模模场最大程度地匹配。同理，所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的出光端的基模模场也可通过热扩束光纤纤芯工艺予以扩大，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度的匹配。热扩束工艺加工的光纤也称为热扩束光纤。

或者所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的进光端的基模模场可通过加热拉伸的工艺予以减小，与其入射光的基模模场最大程度地匹配；同理，所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的出光端的基模模场可通过加热拉伸的工艺予以减小，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度地匹配匹配。热拉伸工艺制作的光纤也称为热拉伸光纤。

上述的加热方式主要是采用燃气、激光、电热或者微波局部加热，其中，燃气包括但不限于氢和氧气、一氧化碳和氧气，激光包括但不限于二氧化碳气体激光器。

所述第一少模光纤滤模器102的少模光纤的基模模场沿着光纤波导方向的热扩束扩大或者拉伸减少过程应满足绝热近似条件；其中，所述绝热近似(adiabaticapproximation)条件的公式为：β1、β2为过渡锥区任意一点z处传输的任意两个模式的传播常数；r(z)为波导方向z处的半径。

所述光源的光束或者光脉冲信号依次通过所述耦合透镜、所述第一多模传输光纤101间接耦合至所述第一少模光纤滤模器102的光耦合效率调整至最高，使得最多的光信号能量分布在所述第一少模光纤滤模器102的本征基模模式上，即所述耦合透镜以高耦合效率方式将所述光脉冲信号间接耦合至所述第一少模光纤滤模器102，使得光脉冲信号分布在所述第一少模光纤滤模器102的基模模式或者低阶模式上。

对于所述光源的光束或者光脉冲信号依次通过所述耦合透镜、所述第一多模传输光纤101间接耦合至所述第一少模光纤滤模器102的情况，由于第一多模传输光纤101比所述第一少模光纤滤模器102能容纳更多的模式，第一多模传输光纤101中的较高阶模式无法与所述第一少模光纤滤模器102的模式匹配耦合，处于这些较高阶模式上的能量将被排除在光信号传输系统之外，表现为系统光路的耦合效率不高，因此，调整所述光源的光束并通过所述耦合透镜进入所述第一多模传输光纤101，使得光能量尽可能分布在第一少模光纤滤模器102的基模或者低阶模式中，就可使更多的光能量进入后续的第一少模光纤滤模器102中，表现为系统光路的光能量传输效率较高。第一少模光纤滤模器102起到了多模传输光纤的模式监控作用。

本实施例提供的光纤传输模式控制装置可用于串行通讯光路传输或者并行通讯光路传输。

实施例2

图2为本实用新型实施例2光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图2所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：光源、耦合透镜(图中未画出光源和耦合透镜)、第一多模传输光纤201、第一少模光纤滤模器202、第二多模传输光纤203、第二少模光纤滤模器204和光接收器900。

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一多模传输光纤201，所述第一多模传输光纤201用于将所述光脉冲信号传输至所述第一少模光纤滤模器202；所述第一少模光纤滤模器202用于滤除所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，即滤除传输在所述第一多模传输光纤201光路中的高、中阶子模式群光脉冲信号l2，l1，获得第一低阶子模式群光脉冲信号l0，并将所述第一低阶子模式群光脉冲信号l0通过所述第二多模传输光纤203发送至所述第二少模光纤滤模器204，所述第二少模光纤滤模器204用于滤除所述第一低阶子模式群光脉冲信号l0中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，即滤除传输在所述第二多模传输光纤203光路中的高、中阶子模式群光脉冲信号l2，l1，获得第二低阶子模式群光脉冲信号l0，并将所述第二低阶子模式群光脉冲信号l0发送至所述光接收器900；所述光接收器900用于接收二次过滤后的光脉冲信号，即所述第二低阶子模式群光脉冲信号l0，并将第二次过滤后的光脉冲信号转化为电脉冲信号。

本实施例中的第一少模光纤滤模器202和第二少模光纤滤模器204为特定工作波长下特定归一化频率v的少模光纤；所述少模光纤的模式数量为2至40个，优选的数量是2至10个，更优的是2至4个。

所述第一多模传输光纤201位于耦合透镜之后，所述第一多模传输光纤201和所述第二多模传输光纤203的长度均在0.5毫米至600毫米之间。第一少模光纤滤模器202和第二少模光纤滤模器204的长度均在0.5毫米至600毫米之间。

所述第一多模传输光纤201、第一少模光纤滤模器202、第二多模传输光纤203和第二少模光纤滤模器204的长度较短时，可分别置于短光纤插芯(fiberstub)中，或者置于光纤连接器插芯(ferrule)中。

本实施例中的第一少模光纤滤模器202与实施例1中的第一少模光纤滤模器102相同，本实施例中的第一多模传输光纤201与实施例1中的第一多模传输光纤101相同，本实施例中的第二多模传输光纤203与实施例1中的第一多模传输光纤103相同，在此不再重复论述。

所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的进光端的基模模场与所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的入射光的基模模场最大程度地匹配；所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的出光端的基模模场与所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的出射端的接收光纤的基模模场最大程度地匹配；所述两个模场的匹配，是指两个模场的耦合效率大于80％，更优的耦合效率大于90％。该接收光纤与实施例1中的接收光纤相同。

所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的进光端的基模模场可通过热扩束光纤纤芯(tec，thermalexpandedcore)工艺予以扩大，与其入射光的基模模场最大程度地匹配。同理，所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的出光端的基模模场也可通过热扩束光纤纤芯工艺予以扩大，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度的匹配。热扩束工艺加工的光纤也称为热扩束光纤。

或者所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的进光端的基模模场可通过加热拉伸的工艺予以减小，与其入射光的基模模场最大程度地匹配；同理，所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的出光端的基模模场可通过加热拉伸的工艺予以减小，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度地匹配匹配。热拉伸工艺制作的光纤也称为热拉伸光纤。

所述第二少模光纤滤模器204的少模光纤的基模模场沿着光纤波导方向的热扩束扩大或者拉伸减少过程应满足绝热近似条件。

本实施例提供的光纤传输模式控制装置可用于串行通讯光路传输或者并行通讯光路传输。

实施例3

图3为本实用新型实施例3光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图3所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：光源、耦合透镜(图中未画出光源和耦合透镜)、第一少模光纤滤模器301、第一多模传输光纤302和光接收器900。

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一少模光纤滤模器301；所述第一少模光纤滤模器301用于产生低阶子模式群光脉冲信号l0(主要是滤除所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，从而获得低阶子模式群光脉冲信号l0)，并将所述低阶子模式群光脉冲信号l0以高耦合效率方式注入所述第一多模传输光纤302中；所述第一多模传输光纤302用于将低阶子模式群光脉冲信号l0传输至所述光接收器900；所述光接收器900用于接收过滤后的光脉冲信号，即所述低阶子模式群光脉冲信号l0，并将所述低阶子模式群光脉冲信号l0转化为电脉冲信号。

所述光源的光束或者光脉冲信号通过所述耦合透镜直接耦合至所述第一少模光纤滤模器301的光耦合效率调整至最高，使得最多的光信号能量分布在所述第一少模光纤滤模器301的本征基模模式上，即所述耦合透镜以高耦合效率方式将所述光脉冲信号直接耦合至所述第一少模光纤滤模器301，使得光脉冲信号分布在所述第一少模光纤滤模器301的基模模式或者低阶模式上。

对于所述光源的光束通过所述耦合透镜直接耦合至所述第一少模光纤滤模器301的情况，最高的耦合效率意味着最多的光信号能量进入所述第一少模光纤滤模器301的传导模，并以单基模式或者一些包含基模的低阶子模式群在后续的第一多模传输光纤302中传输。

本实施例中的第一少模光纤滤模器301与实施例1中的第一少模光纤滤模器102相同，本实施例中的第一多模传输光纤302与实施例1中的第一多模传输光纤101相同，在此不再重复论述。

本实施例提供的光纤传输模式控制装置可用于串行通讯光路传输或者并行通讯光路传输。

实施例4

图4为本实用新型实施例4光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图4所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：光源、耦合透镜(图中未画出光源和耦合透镜)、第一少模光纤滤模器401、第一多模传输光纤402、第二少模光纤滤模器403和光接收器900。

所述光源用于产生光脉冲信号，所述耦合透镜用于将所述光脉冲信号耦合至所述第一少模光纤滤模器401；所述第一少模光纤滤模器401用于产生低阶子模式群光脉冲信号l0(主要是滤除所述光脉冲信号中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，从而获得低阶子模式群光脉冲信号l0)，并将所述第一低阶子模式群光脉冲信号l0以高耦合效率方式注入第一多模传输光纤402中；所述第一多模传输光纤402用于将所述第一低阶子模式群光脉冲信号l0传输至所述第二少模光纤滤模器403；所述第二少模光纤滤模器403用于滤除所述第一低阶子模式群光脉冲信号l0中的高阶子模式群光脉冲信号l2和中阶子模式群光脉冲信号l1，即滤出传输在所述第一多模传输光纤402光路中的高、中阶子模式群光脉冲信号l2，l1，获得第二低阶子模式群光脉冲信号l0，并将所述第二低阶子模式群光脉冲信号l0发送至所述光接收器900；所述光接收器900用于接收二次过滤后的光脉冲信号，即所述第二低阶子模式群光脉冲信号l0，并将二次过滤后的光脉冲信号转化为电脉冲信号。

本实施例中的第一少模光纤滤模器401与实施例1中的第一少模光纤滤模器102相同，本实施例中的第一多模传输光纤402与实施例1中的第一多模传输光纤101相同，本实施例中的第二少模光纤滤模器403与实施例2中的第二少模光纤滤模器204相同，在此不再重复论述。

本实施例提供的光纤传输模式控制装置可用于串行通讯光路传输或者并行通讯光路传输。

结合实施例1-4，本实用新型光纤传输模式控制装置包括：光源、耦合透镜、第一多模传输光纤、第一少模光纤滤模器、第二多模传输光纤和光接收器，或者光源、耦合透镜、第一多模传输光纤、第一少模光纤滤模器、第二多模传输光纤、第二少模光纤滤模器和光接收器，或者光源、耦合透镜、第一少模光纤滤模器、第一多模传输光纤和光接收器，或者光源、耦合透镜、第一少模光纤滤模器、第一多模传输光纤、第二少模光纤滤模器和光接收器。

所述光源用于产生光脉冲信号；所述耦合透镜用于把光源发出的光束，即光脉冲信号，耦合至其后的第一多模传输光纤，或者耦合至其后的第一少模光纤滤模器中；所述第一多模传输光纤和第二多模传输光纤均用于传输所述光脉冲信号；所述第一少模光纤滤模器和第二少模光纤滤模器均用于滤除传输在所述光纤传输模式控制装置中的高阶模式和中阶模式部分；所述光接收器用于接收所述过滤后的光脉冲信号，并将所述过滤后的光脉冲信号转化为电脉冲信号。

由于对多模传输光纤光耦合失配以及挤压、弯曲、震动等因素的作用，多模传输光纤中的模式间的能量会发生耦合转移，其中的一部分能量会以新激发产生的较高阶模式传输，这部分能量会增加信号的模式色散，为此，可在长的多模传输光纤和光接收器之间增加一个少模光纤滤模器，以便滤除这部分新增加的较高阶模式的能量，使得系统保持低的模式色散。因此，本实用新型通过设置少模光纤滤模器能够减少和控制在多模光纤传输系统中光路实际传输的模式数量，从而降低光信号模式色散量和光信号脉冲的展宽或畸变，增大多模光纤的有效模式带宽。

本实用新型提供的光纤传输模式控制装置用于串行通讯光路传输、并行通讯光路传输或者taps通讯光路传输。

实施例5

图5为本实用新型实施例5光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图5所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：第一单模光纤滤模器501、第一耦合结构502、第二单模光纤滤模器503、第二耦合结构504、光缆单模传输光纤505、第三耦合结构506、第三单模光纤滤模器507、第四耦合结构508和第四单模光纤滤模器509。

所述第一单模光纤滤模器501用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过所述第一耦合结构502将单基模光信号lp01以最高耦合效率方式耦合进其后的所述第二单模光纤滤模器503；所述第二单模光纤滤模器503用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过所述第二耦合结构504将单基模光信号lp01以最高耦合效率方式耦合进其后的所述光缆单模传输光纤505；所述光缆单模传输光纤505用于传输混合模光信号，并通过所述第三耦合结构506将混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进其后的所述第三单模光纤滤模器507；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；所述第三单模光纤滤模器507用于过滤单基模光信号lp01中的非基模光信号，即滤除传输在光缆单模传输光纤505光路中的非基模光信号，例如高阶模式信号和中阶模式信号，获得过滤后的单基模光信号lp01，并将过滤后的单基模光信号lp01通过所述第四耦合结构508注入所述第四单模光纤滤模器509后以基模形式输出。

所述光缆单模传输光纤505，用于传输光信号，可以是单包层光纤，也可以是双包层弯曲不敏感型光纤。

所述第一单模光纤滤模器501、所述第二单模光纤滤模器503、所述第三单模光纤滤模器507和所述第四单模光纤滤模器509的长度可以较短，可置于短光纤插芯(fiberstub)中，或者置于光纤连接器插芯(ferrule)中，或者置于光纤头(fiberpigtail)的毛细管中。

所述第一耦合结构502在所述第一单模光纤滤模器501和所述第二单模光纤滤模器503之间，所述第一耦合结构502可以是直接熔接耦合结构(此时等效于一个单模光纤滤模器)，或者是光纤端面直接物理对接耦合结构，或者是包含单个透镜的自由空间间接耦合结构，或者是包含两个透镜的自由空间间接耦合结构。两个透镜之间可以有其它光学元件，也可以没有。这些其它光学元件包括但不限于光环行器的内核(opticalcirculatorcore)或者光隔离器的内核(opticalisolatorcore)，这些内核由双折射晶体、非互易性磁光晶体及提供其工作磁场的磁铁组成。

所述第二耦合结构504在所述第二单模光纤滤模器503和所述光缆单模传输光纤505之间，所述第二耦合结构504可以是直接熔接耦合结构，或者是光纤端面直接物理对接耦合结构。

所述第三耦合结构506在所述光缆单模传输光纤505和所述第三单模光纤滤模器507之间，所述第三耦合结构506可以是直接熔接耦合结构，或者是光纤端面直接物理对接耦合结构。

所述第四耦合结构508在所述第三单模光纤滤模器507和所述第四单模光纤滤模器509之间，所述第四耦合结构508可以是直接熔接耦合结构(此时等效于一个单模光纤滤模器)，或者是光纤端面直接物理对接耦合结构，或者是包含单个透镜的自由空间间接耦合结构，或者是包含两个透镜的自由空间间接耦合结构。两个透镜之间可以有其它光学元件，也可以没有。这些其它光学元件包括但不限于光环行器的内核(opticalcirculatorcore)或者光隔离器的内核(opticalisolatorcore)，这些内核由双折射晶体、非互易性磁光晶体及提供其工作磁场的磁铁组成

所述单模光纤滤模器(本实施例的所述第一单模光纤滤模器501、所述第二单模光纤滤模器503、所述第三单模光纤滤模器507和所述第四单模光纤滤模器509)为特定工作波长下特定归一化频率的一段单模光纤，其归一化频率小于2.405；所述单模光纤的偏振态双重简并的总模式数量为两个，称为he11模式，弱波导时，称为lp01模式。

上述单模光纤滤模器的进光端的基模模场可通过热扩束光纤纤芯(tec,thermalexpandedcore)工艺予以扩大，与其入射光的基模模场最大程度地匹配；或者单模光纤滤模器的出光端的基模模场可通过热扩束光纤纤芯工艺予以扩大，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度的匹配。

上述单模光纤滤模器的进光端的基模模场还可通过加热拉伸工艺予以减小，与其入射光的基模模场最大程度地匹配；或者单模光纤滤模器的出光端的基模模场可通过加热拉伸工艺予以减小，与其出射端的接收光纤的基模模场最大程度的匹配。所述两个模场的匹配，是指两个模场的耦合效率大于80％，更优的耦合效率大于90％。

单模光纤滤模器中的单模光纤的基模模场沿着光纤波导方向的热扩束扩大或者拉伸减少过程应满足绝热近似条件；其中，所述绝热近似(adiabaticapproximation)条件的公式为：β1、β2为过渡锥区任意一点z处传输的辐射模(radiationmode)和传导模的传播常数；r(z)为波导方向z处的半径。

例如，所述第一单模光纤滤模器501的进光端的基模模场与其入射光的基模模场最大程度地匹配；所述第三单模光纤滤模器507的进光端的基模模场与其入射光的基模模场最大程度地匹配。

其中，所述光缆单模传输光纤505的进光端的基模模场与其入射光的基模模场最大程度地匹配。

本实施例提供的光纤传输模式控制装置应用于光纤器件或光模块的一部分光路或者多个部分的光路中，可降低所述光纤器件或光模块光路中的横模模式间的干涉，改善光纤器件或光模块的波长相关特性。

实施例6

图6为本实用新型实施例6光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图6所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：第一单模光纤滤模器601、第一隔离器耦合结构602、第二单模光纤滤模器603、第二耦合结构、光缆单模传输光纤604、第三耦合结构和第三单模光纤滤模器605。

第一隔离器耦合结构602为包含两个透镜的自由空间间接耦合结构，这两个透镜之间有光隔离器的内核。

与图5光路相对应，图5中的第二耦合结构504、第三耦合结构506相当于本实施例的第二耦合结构和第三耦合结构，且本实施例的第二耦合结构和第三耦合结构为直接熔接耦合结构，在图6中省略未画出。图5实施例中表述上的熔接的第三单模光纤滤模器507和第四单模光纤滤模器509实质上也就是同一根单模光纤滤模器，所以在本实施例中合并为第三单模光纤滤模器605。

第一单模光纤滤模器601用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第一隔离器耦合结构602将单基模光信号lp01以最高耦合效率方式耦合进其后的第二单模光纤滤模器603，第二单模光纤滤模器603用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第二耦合结构将单基模光信号lp01以最高耦合效率方式耦合进其后的光缆单模传输光纤604，光缆单模传输光纤604用于传输混合模光信号，并通过第三耦合结构将混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进第三单模光纤滤模器605；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；第三单模光纤滤模器605用于过滤单基模光信号中lp01中的非基模光信号，即滤除传输在光缆单模传输光纤604光路中的非基模光信号，例如高阶模式信号和中阶模式信号，获得过滤后的单基模光信号lp01，并将过滤后的单基模光信号lp01以基模形式输出。

实施例7

图7为本实用新型实施例7光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图7所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：第一光路段和第二光路段；第一光路段包括第一单模光纤滤模器701、第一环行器耦合结构702、第二单模光纤滤模器703、第二耦合结构、第一光缆单模传输光纤704、第三耦合结构、第三单模光纤滤模器705；第二光路段包括第四单模光纤滤模器706、第四耦合结构、第二光缆单模传输光纤707、第五耦合结构、第六单模光纤滤模器708；第二光路段通过第一环行器耦合结构702与第一光路段连接。

第一环行器耦合结构702为包含两个透镜的自由空间间接耦合结构，这两个透镜之间有光环行器的内核。

与图6光路相对应，图7的第一光路段与图6的光路几乎相同(除了第一环行器耦合结构702不同)，在图6的光路基础上增加图7的第二光路段便成为图7，第一段光路和第二段光路各自都可独立地成为本实用新型的光纤传输模式控制装置，换而言之，两个本实用新型的光纤传输模式控制装置组成了新的本实用新型的光纤传输模式控制装置，即本实施例图7的光路。

本实施例中的第二耦合结构、第三耦合结构、第四耦合结构和第五耦合结构为直接熔接耦合结构。

第一光路段中，第一单模光纤滤模器701用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第一环行器耦合结构702将单基模光信号lp01以最高耦合效率的方式耦合进其后的第二单模光纤滤模器703，第二单模光纤滤模器703用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第二耦合结构将单基模光信号lp01以最高耦合效率方式耦合进其后的第一光缆单模传输光纤704，第一光缆单模传输光纤704用于传输混合模光信号，并通过第三耦合结构将混合模光信号以最高耦合效率方式耦合进其后的第三单模光纤滤模器705，所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；第三单模光纤滤模器705用于过滤单基模光信号lp01中的非基模信号，即滤除传输在第一光缆单模传输光纤704光路中的非基模光信号，例如高阶模式信号和中阶模式信号，获得过滤后的单基模光信号lp01，并将过滤后的单基模光信号lp01以基模形式输出；第二光路段中，第四单模光纤滤模器703用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第四耦合结构将单基模光信号lp01以最高耦合效率的方式耦合进其后的第二光缆单模传输光纤707，第二光缆单模传输光纤707用于传输混合模光信号，并通过第五耦合结构将混合模光信号以最高耦合效率的方式耦合进其后的第六单模光纤滤模器708，所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；第六单模光纤滤模器708用于过滤单基模光信号lp01中的非基模信号，即滤除传输在第二光缆单模传输光纤707光路中的非基模光信号，例如高阶模式信号和中阶模式信号，获得过滤后的单基模光信号lp01，并将过滤后的单基模光信号lp01通过第一环行器耦合结构702耦合进入第一单模光纤滤模器701后以基模形式输出。

实施例8

图8为本实用新型实施例光纤传输模式控制装置的结构和工作过程示意图，如图8所示，本实用新型提供的光纤传输模式控制装置包括：第一单模光纤滤模器801、第一耦合结构、光缆单模传输光纤802、第二耦合结构和第二单模光纤滤模器803。

与图5光路相对应，图5中的第一耦合结构502、第二耦合结构504与本实施例中的第一耦合结构和第二耦合结构相同，且本实施例中的第一耦合结构和第二耦合结构为直接熔接耦合结构，在图8中省略未画出，图5实施例中表述上的熔接的第一单模光纤滤模器501和第二单模光纤滤模器503实质上也就是同一根单模光纤滤模器，在本实施例中用第一单模光纤滤模器801表示，图5实施例中表述上的熔接的第三单模光纤滤模器507和第四单模光纤滤模器509实质上也就是同一根单模光纤滤模器，在本实施例中第二单模光纤滤模器803表示。

第一单模光纤滤模器801用于产生并维持单基模光信号lp01，然后通过第一耦合结构将单基模光信号lp01以最高耦合效率的方式耦合进其后的光缆单模传输光纤802，光缆单模传输光纤802用于传输混合模光信号，可能激发出高阶模式信号，然后通过第二耦合结构将混合模光信号以最高耦合效率的方式耦合进其后的第二单模光纤滤模器803；所述混合模光信号包括基模光信号、非基模光信号的一种或者多种；第二单模光纤滤模器803用于过滤单基模光信号lp01中的非基模信号，即滤除传输在光缆单模传输光纤802光路中的非基模光信号，例如高阶模式信号和中阶模式信号，获得过滤后的单基模光信号lp01，并将过滤后的单基模光信号lp01以基模形式输出。

结合实施例5-8，本实用新型通过设置单模光纤滤模器能够减少在光缆单模传输光纤光路中实际传输的模式数量，控制光缆单模传输光纤光路中只有单基模模式传输，从而可降低所述光纤器件或光模块光路中的横模模式间的干涉，改善光纤器件或光模块的波长相关特性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。