一种级联型长周期光纤光栅的滤模器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及少模光纤通信领域，运用于少模光纤通信的模式复用系统及器件中， 以提高模式的纯度，减小模式间的串扰。
【背景技术】
[0002] 随着网络事业的发展，人们对光纤通信容量的需求越来越大。增加长距离通信容 量的一个有效办法就是使用波分复用技术。波分复用系统可以实现在一根光纤中同时传输 多个波长不同、载有不同信息的光波，从而增加通信容易。为分离这些光波，并抑制其它波 长光的干扰，需要滤波器进行滤波。滤波器的目的是保证所需要的波长范围的信号通过，抑 制波长范围外的信号，所以滤波器在信号的输入输出过程中起着关键的作用，是必不可少 的器件，其性能的好坏决定着整个系统的通信质量。
[0003] 随着人们对信息需求的日益增长，由于单模光纤自身固有的非线性效应限制，单 模光纤可能在未来不远的时间达到可以预见的"带宽耗尽"，因此寻求一种能从根本上解决 单模光纤自身"带宽极限"的光传送技术成为重中之重，以多模光纤中的不同模式传输不同 的信息的方法成为其中的一种方案。少模光纤支持的模式数大于单模光纤，但小于传统多 模光纤，这使得其既能提供若干可供复用的稳定信道，又不至于引起大的模式色散，因此少 模光纤的模分复用技术就是在这种大背景下应运而生。这就是被认为是打破单模光纤传输 极限最具前景的办法之一的空分复用技术。与滤波器在波分复用系统中的地位相似，在空 分复用系统中也需要具有选择性滤除模式功能的滤模器件，即滤模器。
[0004] 对于模分复用系统来说，模式转换技术至关重要。在模分复用系统中，主要是指将 基模转换到其他高阶?；蚪呓啄Ｗ坏交５墓?。单模光纤可以产生基模，但是高阶 模的产生需要由基模转化，这转化过程不会是完全转换的，会残留一些基模，这就会产生模 式间的串扰，这时就需要滤模器来滤除不需要的模式而不影响需要的模式。
[0005] 可以看出，滤模器性能的好坏同样决定着整个空分复用系统的通信质量。而目前 并没有适合的滤模器。
[0006] 目前，国内外研究者对模分复用解决方案主要归纳为基于光纤结构的模分复用 以及基于空间光学元件的模分复用。人们提出了双芯光纤结构模式耦合器[Opt.Lett.， 2000, 25,pp. :710-712]，通过控制光纤耦合器相互作用的参数来实现模式复用与解复用 器。人们也提出了SLM(SpatialLightModulator)结构模式耦合器[IEEEICT0N(2012)， Th.Al. 3. ]〇
【发明内容】
[0007] 针对以上不足，本发明的目的是提出一种损耗低、体积小、稳定性好、工作带宽大 及可靠性高的基于长周期光纤光栅的滤模器。
[0008] 本发明的技术方案是：一种级联型长周期光纤光栅的滤模器，包括光纤，以及在所 述光纤的纤芯写入N段（N多2)长周期光纤光栅，所述光纤光栅被低折射率材料所包围；
[0009] 所述光纤为少模光纤，包括纤芯和包层，光纤的归一化频率V> 2. 405,所述归一 化频率，其中a为纤芯半径，A为工作波长，nrara(A)为波长为人时 的纤芯折射率，r^lad(A)为波长为A时的包层折射率；所述长周期光纤光栅使所述光纤的 基模（^^模）与包层模（LPjt，n> 2)发生耦合，对于第i段（i= 1，2，. . .N)长周期光 纤光栅，其周期A;满足AA;/〇1。（XJ-n。A;))，其中A;为光栅的中心波长，n。（入;） 为光纤基模（^^模）的有效折射率，nAJ为包层模（LPjt，n> 2)的有效折射率；为 增加滤模带宽，至少有两段长周期光纤光栅其中心波长之差A满足15多A多5nm;
[0010] 所述低折射率材料其折射率叫低于包层折射率n ，以形成包层模；每段所述光 纤光栅之间至少有一段长度不短于l〇mm的所述少模光纤；所述少模光纤的涂覆层的折射 率n]adi高于所述少模光纤的包层折射率n ，以形成有效的包层模滤?；?。
[0011] 进一步，所述长周期光纤光栅均采用切趾型光栅结构，第i段（i= 1，2, ...N)光 纤光栅沿光纤轴向的光栅幅值变化表达式为：v(Z) =cos(JrZ/U，-1^/2 <Z< 1^/2，1^为 第i段光纤光栅的长度。
[0012] 进一步，所述长周期光纤光栅的中心波长之间满足：A]+1>A,，这里j= 1，2...， N-1，且任意两段相邻的长周期光纤光栅的中心波长之差A均满足15 >A> 5nm。
[0013] 进一步，所述长周期光纤光栅的周期满足：A]+1=AJl+s/A,)，其中： 15 多s多 5nm〇
[0014] 进一步，所述少模光纤的归一化频率V< 5. 52。
[0015] 进一步，所述光纤在光纤光栅部分去除涂覆层，相邻的两段光纤光栅之间保留不 少于30_的涂覆层，所述光纤光栅及光纤光栅之间的光纤段均置于折射率低于光纤包层 折射率的液体中。
[0016] 进一步，所述光纤光栅外侧包裹的低折射率材料的折射率&与包层的折射率r^lad 之差满足：〇? 05 > (ndad-ni) > 0? 001。
[0017] 进一步，所述少模光纤的涂覆层的折射率与所述少模光纤的包层折射率之差满 足：njack-nclad> 0? 005
[0018] 本发明的技术效果：采用相位匹配光纤光栅结构，在少模光纤纤芯写入长周期光 纤光栅，使其光纤基模OiV)与包层模发生耦合，而其它高阶模不发生耦合，从而实现滤除 基模的目的。采用切趾光栅结构，使高阶模能量耦合回纤芯，从而减小了光栅对传输模式的 损耗。长周期光纤光栅的耦合效率与波长有关，因此其工作带宽较窄?；诖?，本发明提出 采用联级长周期光纤光栅结构，由周期不同的长周期光纤光栅级联而成，并采用少模光纤 结构实现对包层模的滤除，从而增大了工作带宽。本发明可以运用于少模光纤通信的模式 复用系统中，以提高模式的纯度，减小系统模式间的串扰。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明的一种实施例的示意图；
[0020] 图2为传输光波长为1. 55ym时，非切趾光纤光栅中LPQ1模和LPn模的能量与传 输距尚的关系图；
[0021] 图3为传输光波长为1. 55ym时，切趾光纤光栅中LPM模和LP^模的能量与传输 距尚的关系图；
[0022] 图4为中心波长为1. 55ym的光栅分别在切趾和非切趾条件下，模的归一化 输出能量与波长的关系图；
[0023] 图5为中心波长为1. 55ym的光栅分别在切趾和非切趾条件下，LPn模的归一化 输出能量与波长的关系图；
[0024] 图6为LPQ1模经单个光纤光栅（光栅中心波长分别为1. 54,1. 55和1. 56ym)后 的归一化输出能量随波长关系图；
[0025] 图7为传输光波长为1. 555ym时，级联光纤光栅（光栅中心波长分别为1. 54， 1. 55和1. 56ym)中口^模能量与传输距离的关系图；
[0026] 图8为传输光波长为1. 555ym时，级联光纤光栅（光栅中心波长分别为1. 54， 1. 55和1. 56ym)中口^模能量与传输距离的关系图；
[0027] 图9为级联光纤光栅中（光栅中心波长分别为1. 54,1. 55和1. 56ym)LPQ1模和 LPn模能量随波长的关系图；
[0028] 图10为三个周期相同的光栅组成的级联光纤光栅（光