長周期光纖光柵以及光傳輸系統的製作方法

2024-04-15 02:35:05 2

1.本公開涉及能夠耦合多個傳播模式的長周期光纖光柵以及包括該長周期光纖光柵的光傳輸系統。


背景技術：

2.圖1是對基於使用多個傳播模式的少模光纖(fmf，few-mode fiber)的模式復用傳輸的光傳輸系統進行說明的圖。模式復用傳輸由於可將傳輸容量提高到模式數倍而作為大容量傳輸方式備受關注。在使用fmf的傳輸中，在傳輸路徑中發生模式間串擾，mimo(multiple-input multiple-output，多輸入多輸出)均衡器被用於補償該模式間串擾。
3.但是，在存在模式相關損耗(mdl，mode dependent loss)的情況下，即使利用mimo均衡器，傳輸系統的性能降低也成為問題。此外，在接收端的差分模式時延(dmd，differential mode delay)大的情況下，由於涉及mimo的數字處理(dsp，digital signal processing)的負荷變大，因此，為了實現長距離傳輸而降低其負荷成為問題。因此，為了降低mdl或dmd的影響，已經提出了利用模式擾頻器，以在長周期光纖光柵(lpfg，long period fiber grating)中產生模式之間的耦合(例如，參照專利文獻1。)。
4.現有技術文獻
5.專利文獻
6.專利文獻：日本特開2019-32440號公報


技術實現要素：

7.發明要解決的問題
8.作為lpfg的實現方法，有從外部施加應力和彎曲的方法，以及雷射照射的方法等。這些方法只能向光纖截面內的一個方向施加折射率變化，其lpfg存在模式變換量依賴於偏振波狀態和傳播模式的電場分布，難以避免模式變換量的該依賴性的問題。
9.因此，為解決上述問題，本發明的目的在於提供模式變換量不依賴於偏振波狀態和電場分布的lpfg以及光傳輸系統。
10.解決問題所採用的手段
11.為了實現上述目的，本發明的lpfg在偏離光纖中心軸的位置形成有周期性的空腔。
12.具體地，本發明的lpfg是能夠傳播n(n為2以上的整數)個傳播模式的少模光纖中形成的長周期光纖光柵，其特徵在於，
13.為在所述少模光纖的纖芯區域，在離開所述纖芯區域的中心軸的位置，與所述中心軸平行且周期性地排列的空腔列；
14.所述空腔列為多個；
15.各個所述空腔列位於所述少模光纖的長度方向上的不同的位置；
16.相互的所述空腔列位於以所述纖芯區域的截面的中心為原點時在所述截面上偏
移90
°
的位置。
17.此外，本發明的光傳輸系統包括：
18.多模光纖，能夠傳播n(n為2以上的整數)個傳輸模式；和，
19.所述少模光纖，連接到所述多模光纖，形成有所述長周期光纖光柵。
20.通過空腔列的配置偏移90
°
，可以進行不依賴於偏振波狀態和電場分布的模式變換。因此，本發明能夠提供模式變換量不依賴於偏振波狀態和電場分布的lpfg以及光傳輸系統。
21.此外，本發明的lpfg的相互的所述空腔列優選地為空腔間隔以及空腔數量相等。
22.進一步地，本發明的lpfg中，
23.所述少模光纖的傳播模式為3；
24.所述空腔列位於以所述纖芯區域的截面的中心為原點時所述截面上相對於所述纖芯區域的半徑的比率為0.2以上且0.4以下的位置；
25.構成所述空腔列的各空腔的直徑相對於所述纖芯區域的半徑的比率優選地為0.3以上且0.43以下。
26.另外，上述各發明能夠儘可能地組合。
27.發明效果
28.本發明能夠提供模式變換量不依賴於偏振波狀態和電場分布的lpfg以及光傳輸系統。
附圖說明
29.圖1是說明在模式間進行耦合的光傳輸系統的圖。
30.圖2是說明本發明的lpfg的圖。
31.圖3是說明本發明的光傳輸系統的圖。
32.圖4是說明本發明的lpfg的效果的圖。
33.圖5是說明本發明的lpfg的效果的圖。
具體實施方式
34.參照附圖說明本發明的實施方式。以下說明的實施方式為本發明的實施例，本發明不限於以下的實施方式。另外，在本說明書以及附圖中，附圖標記相同的結構要素表示彼此相同的結構要素。
35.(實施方式一)
36.圖2是說明本實施方式的lpfg的圖。本lpfg是在能夠傳輸n(n是2以上整數)個傳輸模式的少模光纖10中形成的長周期光纖光柵。並且，本lpfg是在少模光纖10的纖芯區域11中，在離開纖芯區域11的中心軸z的位置，與中心軸z平行且周期性地排列的空腔15的空腔列(25-1、25-2)。各個空腔列(25-1、25-2)位於少模光纖10的長度方向上的不同的位置(z方向的位置不同)，
37.相互的空腔列(25-1、25-2)位於以纖芯區域11的截面的中心(x軸和y軸的交點)為原點時在截面上偏移90
°
的位置。
38.圖2(a)是少模光纖10的剖視圖。圖2(b)是對少模光纖10進行斜視且透視的圖。另
外，符號12是包層區域。
39.本lpfg的目的是通過在少模光纖10內的傳輸方向上周期性地配置空腔15，來實現不依賴於偏振波和電場分布的模式變換。為了實現該目的，在少模光纖10的纖芯區域11內部，通過使用了飛秒雷射的外部加工而周期性地配置空腔15。將多個空腔15周期性排列而成的稱為空腔列。空腔列25-1是空腔15的中心坐標在x軸上(y坐標為0)的列，空腔列25-2是空腔15的中心坐標在y軸上(x坐標為0)的列。空腔列25-1和空腔列25-2串聯連接。也就是說，通過將空腔列以z軸為中心偏移90
°
配置，能夠實現不依賴於偏振波狀態和電場分布的模式變換。
40.此處，設耦合的傳播模式之間的傳播常數差為δβ，則空腔15在z軸方向上的間隔λ由數學式1給出。
41.[數學式1]
[0042][0043]
因此，可以創建用於調整λ以耦合所期望的2個模式的lpfg(如圖2中所示地使2個空腔列以z軸為中心偏移90
°
)。並且，如果連接多個λ相互不同的lpfg，則也能夠使多個模式之間耦合。
[0044]
因此，本實施方式的lpfg能夠實現不依賴於偏振波狀態和電場分布的模式變換。然而，必須滿足以下條件。
[0045]
(a)空腔列25-1的空腔間隔λ與空腔列25-2的空腔間隔λ相等。這是為了耦合期望的模式。
[0046]
(b)空腔列25-1空腔數量與空腔列25-2的空腔數量相等。這是為了消除偏振波間耦合量的偏差。
[0047]
(c)在z軸方向配置的空腔列25-1和空腔列25-2的順序無關。
[0048]
(d)空腔列25-1和空腔列25-2不一定要連續配置。
[0049]
(實施方式二)
[0050]
圖3是說明本實施方式的光傳輸系統301的圖。光傳輸系統301包括：多模光纖50，能夠傳播n(n為2以上的整數)個傳輸模式；和，少模光纖10，連接到多模光纖50，形成有實施方式一說明的lpfg。此外，符號30是將多個光信號入射到多模光纖50傳播的任一傳播模式的模式合波器。符號40是將多模光纖50傳播的多個模式分波的模式分波器。此外，符號60是連接部。
[0051]
光傳輸系統301是將n模式傳輸的多模光纖50作為傳輸路徑的多模復用傳輸系統。光傳輸系統301連接多個具有適當的lpfg的少模光纖10，適當的lpfg用於在傳輸路徑中將期望的2個模式之間耦合。如上所述，由於lpfg的空腔的間隔λ由數學式1給出，因此，通過在傳輸路徑中插入多個具有λ以便耦合期望的2個模式的lpfg，使得作為整體的光傳輸系統301能夠將多個模式之間耦合。此外，還可以通過在傳輸路徑的中間部插入多個lpfg，進一步提高mdl和dmd的降低效果。
[0052]
(實施方式三)
[0053]
在本實施方式中，對在少模光纖10的纖芯區域11中形成的空腔15的效果進行說明。在本實施方式中，以多模光纖50以及少模光纖10以3個傳播模式進行模式復用傳輸的3
模光纖(2lp模光纖)的例子進行說明。少模光纖10的lpfg將lp01模式和lp11模式耦合。
[0054]
在本實施方式中，設空腔15形成在距纖芯區域11的中心d1＝4μm的x軸上。另外，設空腔15的位置為空腔的中心位置。少模光纖10為階躍型，纖芯區域11半徑設為7μm，纖芯區域11相對於包層區域12的相對摺射率差設為0.4％。此外，將空腔15直徑設為2μm。
[0055]
圖4是對如圖2(a)所示地在x軸上賦予了一個空腔15的情況下的模式變換率進行說明的表。x偏振波和y偏振波都有大約4.5％的lp01模式耦合到11b模式(見圖4的粗體字)。也就是說，可以通過使空腔15位於x軸上從纖芯區域11的中心偏移的位置，能夠將lp01模式耦合到lp11b模式。同樣地，可以通過使空腔15位於y軸上從纖芯區域11的中心偏移的位置，能夠將lp01模式耦合到lp11a模式。
[0056]
因此，通過在纖芯區域11中將空腔15周期性地配置在x軸上的空腔列25-1和周期性地配置在y軸上的空腔列25-2串聯連接，能夠進行不依賴於退化模式的模式變換。
[0057]
(實施方式四)
[0058]
在本實施方式中，關於模式變換率，說明了空腔15距纖芯區域11的中心的距離依賴性和空腔15的直徑依賴性。
[0059]
圖5(a)是示出了使空腔15距纖芯區域11的中心的距離d1變化時，從lp01模式向lp11a模式的變換率的圖。另外，設空腔15的位置為空腔的中心位置。此外，空腔15直徑為2μm。縱軸是模式變換率，橫軸是以纖芯區域11的半徑將距離d1標準化後的值。
[0060]
空腔15位於中心的情況下(橫軸為零)，不進行模式變換。空腔15從中心偏移約2μm時，顯示出了最大的模式變換率。另一方面，如果使空腔15進一步離開中心並靠近包層區域12，則模式變換率降低。也就是說，在使lp01模式和lp11模式耦合的情況下，空腔15位於距纖芯中心的距離d1相對於纖芯區域11的半徑的比率為0.2以上且0.4以下的位置，優選地為0.29的位置。
[0061]
圖5(b)是示出了使空腔15的直徑變化時，從lp01模式向lp11a模式的變換率的圖。此處，距空腔15中心的距離d1為2μm。另外，設空腔15的位置為空腔的中心位置。第一縱軸是模式變換率，第二縱軸是空腔15造成的損耗，橫軸是以纖芯區域11的半徑將空腔15的直徑標準化後的值。
[0062]
空腔15的直徑為零的情況下(沒有空腔的情況下)，不進行模式變換。空腔15的直徑約為3μm時顯示出最大的模式變換率。另一方面，如果進一步增大空腔15的直徑，則損耗超過1db，變換率降低。也就是說，在使lp01模式和lp11模式耦合的情況下，空腔15直徑相對於纖芯區域11的半徑的比率為0.3以上且0.55以下，優選地為使損耗為1db以下的0.43以下。
[0063]
[附記]
[0064]
本發明的目的是提供一種lpfg，能夠降低模式變換量對偏振波狀態和傳播模式的電場分布的依賴性。
[0065]
具體地說，本lpfg是在能夠傳播多個n(n為2以上的整數)個傳播模式的少模光纖(fmf)中形成的、可耦合多個所述傳播模式的長周期光纖光柵，其特徵在於，
[0066]
該lpfg包括：
[0067]
第一空腔列，沿著z軸以等間隔(λ)配置有多個n個從截面的中心向x軸方向偏移而形成的空腔；和，
[0068]
第二空腔列，沿著z軸以等間隔(λ)配置有多個m個從截面的中心向y軸方向偏移而形成的空腔。
[0069]
其中，x/y/z軸的定義如下。
[0070]
x軸：貫通截面中心且與截面平行的軸
[0071]
y軸：貫通截面中心、與截面平行且與所述第1軸正交的軸
[0072]
z軸：貫通截面的中心且與lpfg中的光的波導方向平行的軸
[0073]
附圖標記說明
[0074]
10：少模光纖
[0075]
11：纖芯區域
[0076]
12：包層區域
[0077]
15：空腔
[0078]
25-1、25-2：空腔列
[0079]
30：模式合波器
[0080]
40：模式分波器
[0081]
50：多模光纖
[0082]
60：連接部
[0083]
301：光傳輸系統。