一种可编程的光纤模式激励和耦合方法
【专利摘要】本发明公开一种光通信领域中可编程的光纤模式激励和耦合方法，先将第一单模光纤发出的光束先经过第一准直透镜，再通过偏振分束器分开成水平和垂直方向偏振光，依次通过法拉第旋光器、半波片和硅基液晶激励出高阶模式光束，然后分别反射后水平输入至偏振分束器，合束输出高阶模式的光合束，将光合束从水平方向输入合束器，将第二单模光纤发出的光束经过第二准直透镜，从垂直方向输入合束器，与输入合束器的水平方向的高阶模式的光合束一起输出合束器，经聚焦透镜耦合进少模光纤；利用硅基液晶对光场进行相位调制，液晶每个像素的电压可以通过编程进行控制，实现任意高阶模式的高精度选择性激励，同时实现偏振复用和模式复用功能。
【专利说明】一种可编程的光纤模式激励和耦合方法【技术领域】
[0001]本发明涉及光通信领域中模式复用系统的光纤模式选择性激励与耦合技术，具体涉及一种光纤模式选择性激励与多种模式向同根少模光纤耦合方法，主要用于选择性地激
励出高阶模式.?!，并实现多种模式向同根少模光纤的低插入损耗I禹合。
【背景技术】
[0002]与传统的光纤通信复用技术相比，模式复用技术利用的是光纤中光场的空间维度，利用多种模式分别传输不同信息，从而达到提高光纤通信系统容量的目的；同时由于增大了光纤纤芯的有效面积，一定程度上减弱了光纤非线性对光信号的损伤，而限制这一技术发展的关键在于精确的模式选择性激励与耦合。
[0003]现有的光纤复用激励方案，有基于长周期光纤光栅的模式激励、基于偏心注入的模式激励等，光栅刻写复杂，受温度影响较大，而且工作波长的动态范围很窄，总是受限于模式选择性激励的精确度、灵活度、工作波长范围和可实现程度，这对于波分复用和模分复用相结合的场合不适用。
[0004]现有的多模光纤到少模光纤的模式耦合方案，采用全光纤结构，但插入损耗大，模间干涉和模间串扰大，而且不适用于激励模场分布较为复杂的模式，也不适用于模场分布
为圆环形的模式，如&模式。
[0005]现有的基于多模干涉(MMI)的模式激励与稱合方案，是利用单模光纤、多模光纤及单模光纤的连接而产生的多模干涉来实现模式激励，这种方案的问题在于所能激励的模式只能是一些低阶模，而且受限于工作的波长，同时所激励模式的精确度受到环境因素的影响，实用性不强。`
【发明内容】
[0006]本发明的目的是为克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于硅基液晶和偏振分束器的可编程的光纤模式激励和耦合方法，精确且容易地实现对任意模式的高精度选择性激励和多个不同模式到少模光纤的耦合。
[0007]本发明采用的技术方案包括以下步骤:(1)将第一单模光纤发出的光束先经过第一准直透镜，再通过一个偏振分束器将两个正交偏振态的光分开成水平方向偏振光和垂直方向偏振光，水平方向偏振光和垂直方向偏振光均分别依次通过一个法拉第旋光器、一个半波片和一个硅基液晶，激励出高阶模式的水平方向光束和垂直方向光束；(2)高阶模式的水平方向光束和垂直方向光束分别反射，反射光束分别依次通过所述一个半波片、一个法拉第旋光器后水平输入至所述偏振分束器，并从偏振分束器合束，水平输出高阶模式的光合束；(3)将所述高阶模式的光合束从水平方向输入所述合束器，将第二单模光纤发出的光束经过第二准直透镜，从垂直方向输入合束器，与输入合束器的水平方向的高阶模式的光合束一起输出合束器；(4)输出合束器的光束经聚焦透镜I禹合进少模光纤。[0008]本发明与现有的光纤模式激励和耦合技术相比，其有益效果在于:
1、硅基液晶是偏振敏感器件，利用硅基液晶对光场进行相位调制，不改变光场的偏振特性，故激励的高阶光场模式隔离度很高，而且由于液晶每个像素的电压可以通过编程进行控制，通过对硅基液晶的控制电压进行编程调控，故可以实现任意高阶模式的高精度选择性激励。同时，通过偏振分束器(PBS)对光的偏振态进行分离，可以对正交的两路线偏振光分别进行模式转换，使得两个偏振态的光可以进行独立的模式转换，从而可以与通信系统中的偏振复用技术相容，即同时实现了偏振复用和模式复用功能，能够实现多个不同模式到少模光纤的I禹合。隔离度可达28dB以上,插入损耗小于5dB,工作波长范围由透镜表面的镀膜决定，采用合适的镀膜工艺，工作波长可以覆盖C波段(1530nm-1565nm)，工作波长带宽较大。
[0009]2、本发明的扩展性强，在一定的插入损耗容限内，可以增加液晶和合束器的数目来增加激励与耦合的模式数目。本发明具有模式隔离度高、耦合插入损耗低、稳定性强等优点。
[0010]3、本发明的模式激励与耦合方案为空间光调制，所用的器件在市场上均容易采购至IJ，而且光路搭建容易，稳定性强，激励模式灵活可调，可以实现灵活的模式激励与耦合。本发明可以广泛地应用在模式复用系统的模式选择性激励与多种模式到同根少模光纤耦合场合。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本发明一种可编程的光纤模式激励和耦合方法所采用的光纤模式激励和耦合系统与少模光纤的结构框图；
图2为图1中偏振分束器5对光束偏振态的作用原理图，其中，Ca)图是具有两种正交偏振态的光通过偏振分束器5时所发出的偏振分离原理图；(b)图是两路线偏振光经过硅基液晶反射回来后发生了偏振旋转 现象，并实现偏振合束的原理图。
[0012]图中:1、2—单模光纤；3、4一准直透镜；5—偏振分束器；6、8—法拉第旋光器；7、9一娃基液晶；10—合束器；11、12—聚焦透镜；13—少模光纤；14、15—半波片。
【具体实施方式】
[0013]为进一步阐述本发明为达成发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图，对依据本发明提出的基于硅基液晶和偏振分束器的可编程控制的光纤模式选择性激励与耦合系统的【具体实施方式】及工作原理进行详细说明。
[0014]由图1可知，本发明提供的方法采用如图1所示的系统，该系统是一种光纤模式激励和耦合系统，包括两个单模光纤1、2、两个准直透镜3、4、两个硅基液晶7、9、两个法拉第旋光器6、8、一个偏振分束器5和一个合束器10。单模光纤I发出的激光经过准直透镜3,单模光纤2发出的激光经过准直透镜4，实现扩束准直，扩大模场有效面积，便于进行空间光调制，同时减小光束的发散程度，以减小插入损耗。两个单模光纤1、2的输出光束均为高
斯光束，束腰.》%可以定义为:
【权利要求】
1.一种可编程的光纤模式激励和耦合方法，其特征是包括如下步骤: (1)将第一单模光纤发出的光束先经过第一准直透镜，再通过一个偏振分束器将两个正交偏振态的光分开成水平方向偏振光和垂直方向偏振光，水平方向偏振光和垂直方向偏振光均分别依次通过一个法拉第旋光器、一个半波片和一个硅基液晶，激励出高阶模式的水平方向光束和垂直方向光束； (2)高阶模式的水平方向光束和垂直方向光束分别反射，反射光束分别依次通过所述一个半波片、一个法拉第旋光器后水平输入至所述偏振分束器，并从偏振分束器合束，水平输出高阶模式的光合束； (3)将所述高阶模式的光合束从水平方向输入所述合束器，将第二单模光纤发出的光束经过第二准直透镜，从垂直方向输入合束器，与输入合束器的水平方向的高阶模式的光合束一起输出合束器； (4)输出合束器的光束经聚焦透镜耦合进少模光纤。
2.根据权利要求1所述的一种可编程的光纤模式激励和耦合方法，其特征是: 步骤(I)中，从第一准直透镜输出准直光束，准直光束从垂直方向通过偏振分束器的I号端口输入，水平方向偏振光从偏振分束器的3号端口透射出，垂直方向偏振尤从偏振分束器的2号端口出射；通过一个法拉第旋光器后的偏振光偏振方向旋转45_角，再正向通过一个半波片，调整偏振态后与硅基液晶所要求的偏振方向一致。
3.根据权利要求1所述的一种可编程的光纤模式激励和耦合方法，其特征是:步骤(2)中，反射光束通过一个半波片的偏振方向恢复到入射时的状态，通过法拉第旋光器使偏振方向继续旋转45' ;输入至所述偏振分束器的水平方向光束和垂直方向光束的偏振态均已有90.的改变。
4.根据权利要求1所述的一种可编程的光纤模式激励和耦合方法，其特征是:改变硅基液晶的像素点的控制电压以改变相应的相位延时来改变激励的高阶模式。
【文档编号】G02B27/28GK103439767SQ201310258833
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】于大伟, 沈平, 付松年, 唐明, 周金龙, 朱冬宏 申请人:江苏金迪电子科技有限公司