[发明专利]一种光纤模式分离器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，具体分为具有实现模式之间分离的模式分离器。 

背景技术

近年来，空分复用引起了人们广泛的兴趣。空分复用系统采用多芯光纤或多模光纤实现。其中采用多模光纤时，是通过不同模式（包括不同的偏振模）实现模分复用的。由于多个不同的模式载荷不同的信息，因此，模分复用可以有效地提高光纤的传输容量。 

在模分复用系统中，既需要将不同模式合成到一根光纤，也需要在接收端将不同的模式进行有效的分离。即在发送端需要模式合束器，而在接收端需要模式分离器。采用分立元件，如光栅可以实现模式的分离，但增加了系统的复杂性。基于光纤结构的模式分离器的最简单例子是采用对称结构的双芯光纤耦合器，利用不同模式耦合长度的不同，通过选择合适的参数就可以实现模式分离的目的。由于要使不同模式的耦合长度满足特定的倍数关系，这种方法获得的分离器的带宽较窄。基于单模光纤与少模光纤耦合的双芯光纤同样也可作为模式合束器使用，其缺点是单模光纤的基模与少模光纤的高阶模基于折射率匹配耦合，由于难以实现宽带匹配，其工作带宽一般都较窄，且不同模式之间会发生耦合【Few-mode optical fiber for mode-division multiplexing(少模光纤用于模分复用）,Opt. Fiber Technol.,2011, 17(5): 490-494】。 

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的是提供一种具有宽带工作特性且有效避免模式间耦合的新型模式分离器。 

本发明的技术方案为：一种光纤模式分离器，包括三个纤芯与包层，所述包层有基质材料组成；所述三个纤芯的中心连线成一直线，中间纤芯与两侧纤芯的中心距离相同，所述三个纤芯的折射率分布相同、所述三个纤芯的直径相同，所述三个纤芯的归一化频率V满足V>2.405， ，其中a为纤芯半径，λ为工作波长，n_core为纤芯折射率，n_clad为包层折射率。 

作为本发明的进一步改进，所述三个纤芯的折射率a与包层的折射率n_clad之差满足：n_core-n_clad>0.008。 

作为本发明的进一步改进，所述中间纤芯与两侧纤芯的中心距离d满足：d >2a+3 μm。 

作为本发明的进一步改进，所述三个纤芯的折射率a与包层的折射率n_clad之差满足：n_core-n_clad>0.01,所述纤芯的归一化频率V满足V>3.832。 

本发明的技术效果为：采用三个纤芯的光纤结构，增大不同模式之间的耦合长度差别，实现模式的有效分离，并有效抑制模式之间的混扰。经串联后使用，可实现对多个不同模式的有效分离。光纤纤芯参数完全相同，避免了采用不同尺寸纤芯时，制作的困难和参数误差对光纤耦合性能的影响。 

附图说明

图1为本发明的一种实施例的横截面示意图； 

图2为双芯光纤中不同模式的耦合曲线；

图3为图1所示的光纤中不同模式的耦合曲线；

图4 为图1所示的光纤中从第一纤芯2输入LP₀₂模后，在不同的传输距离处光纤的场强分布；

图5 为图1所示结构用于分离LP₀₂模时，第三纤芯4的输出能量随波长变化曲线；

图6 为归一化频率V=4.8、纤芯中心间距d=18 μm时，a)为纤芯与包层折射率差为0.01不同模式的耦合曲线；b)为纤芯与包层折射率差为0.012不同模式的耦合曲线。

其中，1基质材料，2.第一纤芯、3.第二纤芯、4.第三纤芯。 

具体实施方式