锥形微结构光纤高阶模滤波器的制作方法

专利名称：锥形微结构光纤高阶模滤波器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光纤模式滤波器，该滤波器能够与光纤传输系统耦合 并在可见及其近红外波段有效滤除高阶模。
技术背景在光纤传输系统中， 一方面，光纤模式截止条件的放宽或处于多模传 输状态能够导致其它光纤特性的增强，如大模式面积，低弯曲损耗，多种 性能的光纤色散特性等。 一般来说，基模能够在适当设计的多模光纤中稳 定传输。然而，光功率或光信号通过多模传输时会引起的模间干涉，这种 模间干涉会严重地降低单模传输系统光的信噪比。另一方面，设计传输光 纤时如果严格地追求单模条件会限制或降低光纤在许多实际应用中的适应 性。因此，设计一种模式滤波器从多模光纤中去除高阶模而保持单模传输 是一个具有重要应用价值的课题。发明内容为了达到与光纤传输系统中多模光纤的兼容和耦合，本发明提供一种 锥形微结构光纤高阶模滤波器，该发明能够针对可见和近红外不同波段的 光纤传输系统有效地滤除高阶模而实现单模传输，同时这种锥形微结构光 纤高阶模滤波器可以与多模光纤相匹配，具有易于耦合和插入损耗小的优 点。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是所述锥形微结构光纤高 阶模滤波器由两端外径相同的粗端和中间外径逐渐变小的腰锥部分组成； 所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为 丄i、丄5，丄产5 50cm， Z5=5 50cm，粗端的外径为^，《=25 1000Pm; 外径渐变的过渡部分的长度分别为丄2、丄4， Z2=0.1 10cm， Z4=0.1 10cm， 外径渐变的过渡部分的外径从《过渡到4，其锥形梯度/r (《一^) /2ZM).001 1.0，其中丄取丄2或丄4;中间较细的等外径部分的长度丄3=0.1 10cm，其外径^=10 200^1。所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为丄。丄5, Z产5 50cm， Z5=5 50cm，粗端的外 径为^， d尸25 100(^m，中间外径渐变腰锥部分的长度丄^0.1 15cm， 中间外径渐变腰锥部分的最细处外径"2=10 200Jxm，腰锥部分在拉锥过程 中自然形成，其外轮廓曲线为双曲线，平均梯度/7=(《一4)/丄2=0.001 1.0。 锥形微结构光纤高阶模滤波器其纤芯为实芯结构，其包层由气孔组成。 沿光纤轴向分布的气孔直径和间距随着光纤外径的减小而减小，其排列方 式和气孔形状保持不变，气孔的直径Z)尸0.1 l(H4n，气孔间距/z=0.3 20Mm。包层气孔可以是只有主气孔结构，也可以是既有主气孔又有间隙孔的 结构。光纤包层由圆柱形空芯管组成，除了有圆柱形的主气孔，还存在孔与 孔之间的间隙孔。光纤包层由截面为正六边形的空芯管组成，六边形中间的气孔仍然为 圆形，这种结构的微结构光纤只存在圆柱形的主气孔，没有间隙孔存在。锥形微结构光纤可以由微结构光纤经过后加工技术一光纤拉锥技术制 备而成。本发明的有益效果是在光纤传输系统中使用锥形微结构光纤高阶模 滤波器可以有效地将高阶模滤除掉而实现单模传输，这样就可以避免光功 率或光信号多模传输时的模间干涉，将模间干涉降低到-35dB以下，进一步 提高光纤传输系统的信噪比。实际操作时可根据光传输系统中不同的波段 更换与相应波段匹配的滤波器，这种滤波器可以与不同外径的多模光纤相 匹配，本发明具有易于耦合、插入损耗小和可调节性强等优点。


图l是第一种锥形微结构光纤高阶模滤波器的结构示意图；图2是第二种锥形微结构光纤高阶模滤波器的结构示意图；图3是光纤包层截面由圆柱形空芯管组成微结构光纤截面图；图4是光纤包层截面由正六边形的空芯管组成微结构光纤截面图。
具体实施方式
实施例1图1是本发明公开的一个实施例，锥形微结构光纤高阶模滤波器是在 微结构光纤的基础上，经过拉锥技术制备而成。锥形微结构光纤高阶模滤 波器沿光纤轴向由三部分组成，即两端较粗的均匀部分，两侧外径渐变的 过渡部分和中间较细的粗细均匀的腰锥部分。锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长度分别为丄产5cm， Z5= 10cm，粗端的外径 A=200ta;外径渐变的过渡部分的长度分别为丄2= 2cm， Zf4cm，外径渐 变的过渡部分的粗端外径《过渡到细端外径4， 4=50ta，其锥形梯度分 别为77尸("i一"2) /2丄2=0.0075， 7/2= /2丄4=0.00375;中间较细的等外径部分的长度丄产3cm。锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向分布的 气孔尺度和间距随着光纤外径的减小而减小，但其排列方式和气孔形状保 持不变。实施例2图2是本发明公开的另一个实施例，锥形微结构光纤高阶模滤波器是 在微结构光纤的基础上，经过拉锥技术制备而成。这使锥形微结构光纤高 阶模滤波器沿光纤轴向由两部分组成，即两端较粗的均匀部分，外径渐变 腰锥部分。所述锥形微结构光纤高阶模滤波器的两端外径相同的粗端的长 度分别为L尸5cm，丄5= 10cm，粗端的外径为d尸200tai，中间外径渐变腰 锥部分的长度丄6 =10cm，中间外径渐变腰锥部分的最细处外径J2=50toi， 腰锥部分在拉锥过程中自然形成，其外轮廓曲线为双曲线，平均梯度/p(A —4) /丄6=0.0015。锥形微结构光纤高阶模滤波器沿光纤轴向分布的气孔尺 度和间距随着光纤外径的减小而减小，但其排列方式和气孔形状保持不变。微结构光纤由于其多孔特性具有高度可调的结构和光学特性，通过调 节其包层气孔节距和气孔大小，可以达到调节其有效纤芯直径和包层与纤 芯间折射率差的效果，从而达到调节单模传输条件的目的。通过拉锥技术 使微结构光纤的纤芯和气孔节距、包层气孔直径减小，从而实现单模传输 条件。将锥形微结构光纤高阶模滤波器(其结构如图1或图2所示)通过光 纤夹耦合到光纤传输系统中，实现高阶模滤波的原理如下在本发明提出的锥形微结构光纤高阶模滤波器中，锥形光纤是利用全内反射原理导光，光信号传输时其能量被包层的周期性结构散射而局域在 纤芯中。能够在纤芯中传输的模式数量和波长范围，是由归一化常数r决定的。 r =(，)xr^("/-"〗#)1/2 ,其中，^是有效纤芯半径，"^是包层有效折射 率，"e是纤芯折射率。由于包层气孔的存在"^<& ，满足折射率引导的条件。根据折射率引导光纤原理，如果FS2.4048，就可以保证单模传输，从 而可以根据前面的公式计算出具有某种结构的光纤的单模传播的波长范 围。对于某一波长下多模传输的微结构光纤，当通过拉锥技术使其变细时 就会由多模传导过渡到单模传输，这样只要锥形光纤的腰锥部分具有足够 的长度，就可以顺利地将高阶模泄漏掉而在光纤系统中实现单模传输。在 光纤多模传输系统中使用本发明就可以进一步实现模式滤波，将高阶模滤 除掉而实现单模传输。
权利要求
1.一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是所述锥形微结构光纤高阶模滤波器由两端外径相同的粗端和中间外径逐渐变小的腰锥部分组成；两端外径相同的粗端的长度分别为L1、L5，L1＝5～50cm，L5＝5～50cm，粗端的外径为d1，d1＝25～1000μm，外径渐变的过渡部分的长度分别为L2、L4，L2＝0.1～10cm，L4＝0.1～10cm，外径渐变过渡部分的粗端外径d1过渡到细端外径d2，其锥形梯度η＝(d1-d2)/2L＝0.001～1.0，其中d1＞d2；L取L2或L4；中间较细的等外径部分的长度L3＝0.1～10cm，其外径d2＝10～200μm。
2. 根据权利要求1所述的锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是中间外径渐变腰锥部分的长度￡6 = (U 15cm，中间外径渐变腰锥部分的最细 处外径dflO 200Pm，腰锥部分在拉锥过程中自然形成，其外轮廓曲线为 双曲线，其平均梯度;/= (^一^) /L2=0.001 1.0。
3. 根据权利要求1所述的锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是所述锥形微结构光纤高阶模滤波器其纤芯为实芯结构，其包层由气孔组成， 沿光纤轴向分布的气孔直径和间距随着光纤外径的减小而减小，其排列方式和气孔形状保持不变，气孔的直径D尸0.1 10Wn，气孔间距/z=0.3 20阮
4. 根据权利要求3所述的锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是包 层气孔是只有主气孔结构，或者是有主气孔又有间隙孔结构。
全文摘要
本发明公开一种锥形微结构光纤高阶模滤波器。一种锥形微结构光纤高阶模滤波器，其特征是所述锥形微结构光纤高阶模滤波器由两端外径相同的粗端和中间外径逐渐变小的腰锥部分组成；两端外径相同的粗端的长度分别为L₁、L₅，L₁＝5～50cm，L₅＝5～50cm，粗端的外径为d₁，d₁＝25～1000μm，外径渐变的过渡部分的长度分别为L₂、L₄，L₂＝0.1～10cm，L₄＝0.1～10cm，外径渐变过渡部分的粗端外径d₁过渡到细端外径d₂，其锥形梯度η＝(d₁-d₂)/2L＝0.001～1.0，其中d₁＞d₂；L取L₂或L₄；中间较细的等外径部分的长度L₃＝0.1～10cm，其外径d₂＝10～200μm。本发明能够对可见和近红外不同波段的光纤传输系统有效地滤除高阶模而实现单模传输，这种滤波器可以与不同外径的多模光纤相匹配，具有易于耦合和插入损耗小的特点。
文档编号G02B6/02GK101408641SQ20081007974
公开日2009年4月15日 申请日期2008年11月6日 优先权日2008年11月6日
发明者李曙光 申请人:燕山大学