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专利号: 2022100361199
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-07-25
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:

包括基底材料(6)以及高折射率掺杂棒(7);所述高折射率掺杂棒(7)位于基底材料(6)内;所述基底材料(6)进行D型化侧抛处理;

所述高折射率掺杂棒(7)包括第一高折射率掺杂棒(1)、第二高折射率掺杂棒(2)、第三高折射率掺杂棒(3)、第四高折射率掺杂棒(4)、第五高折射率掺杂棒(5);

所述第一高折射率掺杂棒(1)位于基底材料(6)的中心位置,第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)按顺序依次分布在第一高折射率掺杂棒(1)的外围;

第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)的直径相等,所述第一高折射率掺杂棒(1)直径大于第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)直径;

所述第二高折射率掺杂棒(2)、第三高折射率掺杂棒(3)、第四高折射率掺杂棒(4)、第五高折射率掺杂棒(5)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离逐渐增大;

所述第一高折射率掺杂棒(1)区域构成模分复用器的中心纤芯,所述第二高折射率掺杂棒(2)区域构成模分复用器的右侧旁芯,所述第三高折射率掺杂棒(3)区域构成模分复用器的左侧旁芯,所述第四高折射率掺杂棒(4)区域构成模分复用器的上侧旁芯,所述第五高折射率掺杂棒(5)区域构成模分复用器的下侧旁芯;中心纤芯用作复用信号的输出纤芯,各旁芯用作模式调制信号的输入纤芯及传感检测纤芯。

2.根据权利要求1所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述第一高折射率掺杂棒(1)的直径r1为16μm。

3.根据权利要求2所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述第二、三、四、五高折射率掺杂棒(7)的直径r2均为7μm。

4.根据权利要求1所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述第二高折射率掺杂棒(2)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d1为16.5μm;第三高折射率掺杂棒(3)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d2为18.5μm。

5.根据权利要求4所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述第四高折射率掺杂棒(4)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d3为20μm;

第五高折射率掺杂棒(5)与第一高折射率掺杂棒(1)的几何中心的距离d4为29μm。

6.根据权利要求1‑5任一所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述第一高折射率掺杂棒(1)的材料折射率n1为1.45485;所述第二高折射率掺杂棒(2)的材料折射率n2为1.456442;所述第三高折射率掺杂棒(3)的材料折射率n3为1.45230;所述第四高折射率掺杂棒(4)的材料折射率n4为1.44918;所述第五高折射率掺杂棒(5)的材料折射率n5为1.44680。

7.根据权利要求6所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述基底材料(6)为二氧化硅。

8.根据权利 要求7所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器,其特征在于:所述上侧旁芯的几何中心与光纤侧抛面的垂直距离为8.5um,抛磨面金膜厚度为50um。

9.一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1):中心纤芯复用模式的选择

根据模截止条件确定上述中心纤芯为六模波导,并在中心纤芯可提供的六种传输模式中选择了LP01、LP11、LP02、LP31和LP12五个模式作为中心纤芯的待复用传输模,避免复用LP21与LP02模式产生串扰;

步骤2):选取四个旁芯高折射率棒的掺杂浓度

在满足折射率匹配原理的首要前提下,使得通入上、下、左、右旁芯的LP01模式的光信号在保证良好的模式纯净度的条件下将逐步向中心纤芯耦合并分别转换为LP31、LP12、LP02、LP11模式的光信号;

步骤3):计算光纤长度以及旁芯与中心纤芯芯间距

根据超模理论,通过有限元法分别计算得到中心纤芯与各旁芯的耦合长度随其芯间距的变化关系;

步骤4):将选取的具有不同掺杂浓度的高折射率棒分别插入用激光打孔后的石英基底中,确保光纤长度以及各旁芯与中心纤芯的芯间距,然后放到拉丝塔上对其进行拉制来实现制作;

步骤5):对制成的五芯光纤侧抛至其上侧旁芯的几何中心与光纤侧抛面的垂直距离为

8.5um后,使用磁控溅射仪对其抛磨面进行金膜涂覆操作,涂覆金膜厚度设置为50um;利用上侧旁芯中传输的LP01模式光与抛磨面上所镀的金发生SPR反应,即可使基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器在实现模式复用的同时具备传感检测能力。

10.根据权利要求9所述的一种基于五芯光纤的低损耗五模模分复用器的制作方法,其特征在于:所述步骤3)中,将各部分模式转换的耦合长度调制在同一个光纤长度下,即以光纤长度确定各旁芯与中心纤芯的芯间距,使在器件的输出端同时获得四个模式的同步转换。