[发明专利]一种高效率全光纤单一矢量模式耦合器

说明书

本发明涉及耦合器技术领域，具体公开了一种高效率全光纤单一矢量模式耦合器，包括依次连接的保偏起偏器，保偏单模光纤，环形少模光纤和长周期环形光纤光栅,长周期环形光纤光栅采用CO₂激光器刻写，其曝光方向与保偏单模光纤的慢轴相垂直或平行,保偏起偏器用于将输入光的偏振态固定为沿保偏单模光纤慢轴或快轴的线偏光,环形少模光纤在1.0微米或1.5微米波段同时支持LP01和LP11模式，且LP11模式内的单一矢量模式间的有效折射率差大于10^‑4，可支持单一矢量模式在光纤中低串扰传输,可实现基模向单一矢量模式的高效耦合，产生高纯度的单一矢量模式，解决了目前光纤耦合器稳定生成高纯度单一高阶模式的问题。

技术领域

本发明涉及耦合器技术领域，具体为一种高效率全光纤单一矢量模式耦合器。

背景技术

光纤中的单一矢量模式具有特殊的偏振特性和模场分布，例如TE01模式的偏振沿角向分布，其模场分布为环形，聚焦后为中空型的强度分布，在光镊领域有着重要的应用价值。而TM01模式其偏振沿径向分布，对于表面等离子体激发具有得天独厚的优势，并且其在紧聚焦下的光斑尺寸可以突破衍射极限的限制，在显微成像和光存储领域有着重要应用。HE21模式的2个奇偶模式以π/2的相位叠加后可以生成轨道角动量光束，可应用于模分复用等光通信领域。

但目前在光纤激光器中单一矢量模式的产生受到模式串扰的限制，单一矢量模式在光纤中传播时会随机耦合到相邻模式，极大地降低了模式纯度和偏振特性。并且目前刻写的长周期光纤光栅大多采用CO2激光器或熔融拉锥的方法，其折射率调制具有极强的方向性，耦合效果受到入射光偏振态的影响。目前所提出来的单一矢量模式的光纤耦合器均依赖于偏振控制器来调节光束的偏振态和模式，并且极易受到环境微扰的影响，实用性较低。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的单一矢量模式光纤耦合器的可控性差，抗干扰能力低等的问题，基于保偏单模光纤和长周期环形光纤光栅，设计了一种高效率全光纤单一矢量模式耦合器。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高效率全光纤单一矢量模式耦合器，包括保偏起偏器、保偏单模光纤、长周期环形光纤光栅以及环形少模光纤，所述保偏起偏器用于将入射光的偏振方向固定为保偏光纤的慢轴或快轴中的一种；

其中，所述保偏单模光纤用于传输特定偏振方向的基模；

其中，所述长周期环形光纤光栅用于将入射的基模耦合到特定的单一矢量模式；

其中，所述环形少模光纤用于同时传输LP01及LP11模式，并降低LP11模式内单一矢量模式间的耦合；

所述保偏起偏器两端的尾纤均为保偏单模光纤，所述保偏起偏器输入端的保偏单模光纤连接有激光源，所述保偏起偏器输出端的保偏单模光纤与所述环形少模光纤熔接，所述长周期环形光纤光栅采用CO₂激光器刻写在所述环形少模光纤上。

优选的，所述保偏单模光纤内部设置有保偏单模光纤应力轴和保偏单模光纤纤芯，所述保偏单模光纤应力轴位于所述保偏单模光纤纤芯的两侧，所述环形少模光纤内部设置有环形少模光纤纤芯，所述保偏单模光纤纤芯与所述环形少模光纤纤芯对接。

优选的，所述长周期环形光纤光栅包括长周期环形光纤光栅刻槽，且长周期环形光纤光栅刻槽对应于所述保偏单模光纤一端与所述保偏单模光纤之间所述环形少模光纤的长度为0-5cm，所述的长周期环形光纤光栅的周期数为20-60，且周期长度为200-1000微米。

优选的，所述环形少模光纤采用CO₂激光器刻写所述长周期环形光纤光栅时采用单侧曝光或双侧曝光模式中的一种。

优选的，所述环形少模光纤采用CO₂激光器刻写所述长周期环形光纤光栅时照射方向与所述保偏单模光纤的慢轴相垂直。