專利名稱：基于多芯光纖的光傳輸結(jié)構(gòu)及具有該結(jié)構(gòu)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信技術(shù)領(lǐng)域，更為具體地，涉及一種基于多芯光纖的多路并行光傳 輸結(jié)構(gòu)，以及具有該光傳輸結(jié)構(gòu)的裝置，比如激光器和傳感器。
背景技術(shù)：
根據(jù)光纖傳播模式的特征，可以將光纖分為單模光纖和多模光纖兩類。單模光纖 只允許按一個(gè)本征模式傳播，而多模光纖則可傳輸數(shù)以百計(jì)的模式。所謂的SMS(Single mode-Multimode-Single mode)光傳輸結(jié)構(gòu)是指分別將一段 單模光纖、多模光纖、單模光纖級(jí)聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)多路并行反饋光纖結(jié)構(gòu)，如圖1所示。該 光傳輸結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是當(dāng)輸入光從單模光纖耦合進(jìn)多模光纖時(shí)，會(huì)激發(fā)起各種不同的模式， 從而提供了多條光傳輸路徑，由此當(dāng)光從多模光纖再次耦合進(jìn)單模光纖時(shí)，不同模式匯聚 成單模光纖的基模來(lái)繼續(xù)進(jìn)行傳播。根據(jù)不同光路傳播常數(shù)之間的關(guān)系，通過(guò)計(jì)算不同模 式的群速度與相位差，可以得到不同諧振情況的光反饋結(jié)構(gòu)。假設(shè)多模光纖的歸一化頻率 為W是多模光纖基本參數(shù)，其與多模光纖折射率和芯徑有關(guān))，則對(duì)于漸變型折射率多模
光纖，其傳播模式總數(shù)為f ；對(duì)于階躍型折射率多模光纖，其傳播模式總數(shù)為f。
42如果將多段多模光纖級(jí)聯(lián)，那么光傳輸路徑將以指數(shù)增加。如圖2所示，假設(shè)多模 光纖能傳播的模式數(shù)為n，多模光纖級(jí)聯(lián)的段數(shù)為m，則整個(gè)反饋結(jié)構(gòu)能夠提供的光路數(shù)目 為N = nm，也就是說(shuō)，用于傳輸?shù)墓饴窋?shù)目將以指數(shù)形式迅速增加。這樣，將m段“單模光 纖-多模光纖-單模光纖”結(jié)構(gòu)級(jí)聯(lián)起來(lái)時(shí)，獨(dú)立的通路數(shù)為nm個(gè)，會(huì)隨著級(jí)聯(lián)段數(shù)急劇增 加。若將該級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)環(huán)起來(lái)形成環(huán)形諧振腔，將產(chǎn)生nm個(gè)獨(dú)立諧振回路。若將該級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu) 兩端加上反射鏡，即形成線腔激光器結(jié)構(gòu)，將產(chǎn)生nm*nm = η"11個(gè)獨(dú)立諧振回路。當(dāng)諧振腔中 存在增益介質(zhì)，形成激光器時(shí)，所產(chǎn)生激光需要同時(shí)滿足所有諧振腔的限制條件，從而所獲 得的激光具有極窄的線寬。因此，利用上述光傳輸結(jié)構(gòu)，在實(shí)際應(yīng)用中，可以減小激光器線 寬，并且作為光源，可以提高陀螺傳感器的精度。雖然上述光傳輸結(jié)構(gòu)能夠提供數(shù)目巨大的反饋光路，用途廣泛。但是仍存在下述 缺點(diǎn)(1)單模光纖和多模光纖耦合時(shí)，功率損耗較大；(2)當(dāng)光從單模光纖進(jìn)入多模光纖時(shí)，激發(fā)起的各種模式從低階到高階能量遞減， 低階的幾個(gè)模式將占到整個(gè)耦合功率的99%以上，這樣就減弱了高階模式對(duì)光路的作用； 以及(3)不同模式之間傳播常數(shù)差很小，而且容易受到環(huán)境因素影響。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于多芯光纖的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，利用上 述光傳輸結(jié)構(gòu)，可以減少光纖耦合時(shí)的功率損耗，以及減弱高階模式對(duì)光路的影響。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于多芯光纖的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，包括 多段單/多模光纖以及多段多芯光纖，其中，所述多段單/多模光纖和所述多段多芯光纖按 照交替的方式連接。此外，所述單/多模光纖的包層直徑與所述多芯光纖的包層直徑相同。優(yōu)選地，所述單/多模光纖以及多芯光纖的包層直徑為125μπι。此外，所述多芯光纖的纖芯個(gè)數(shù)、纖芯的折射率、纖芯直徑、纖芯間距、纖芯形狀以 及纖芯的放置位置根據(jù)需要設(shè)定。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種基于并行反饋的激光器，包括如上所述的多 路并行光傳輸結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種傳感器，包括如上所述的多路并行光傳輸結(jié) 構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面包括后面將詳細(xì)說(shuō)明并在 權(quán)利要求中特別指出的特征。下面的說(shuō)明以及附圖詳細(xì)說(shuō)明了本發(fā)明的某些示例性方面。 然而，這些方面指示的僅僅是可使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式。此外，本發(fā)明 旨在包括所有這些方面以及它們的等同物。本發(fā)明的積極效果為利用本發(fā)明的基于基于多芯光纖的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，利用上述光傳輸結(jié)構(gòu)， 可以減少光纖耦合時(shí)的功率損耗，以及減弱高階模式對(duì)光路的影響。
通過(guò)參考以下結(jié)合附圖的說(shuō)明及權(quán)利要求書(shū)的內(nèi)容，并且隨著對(duì)本發(fā)明的更全面 理解，本發(fā)明的其它目的及結(jié)果將更加明白及易于理解。在附圖中圖1示出了常規(guī)的SMS光傳輸結(jié)構(gòu)；圖2示出了常規(guī)的單模光纖和多模光纖級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3示出了包含7芯單模光纖的多芯光纖的示意圖；圖4Α和4Β示出了包含19芯單模光纖的多芯光纖的折射率分布圖和尺寸圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的基于多芯光纖的光傳輸結(jié)構(gòu)示意圖；圖6示出了具有根據(jù)本發(fā)明的基于多芯光傳輸結(jié)構(gòu)的激光器的方框示意圖；和圖7示出了具有根據(jù)本發(fā)明的基于多芯光傳輸結(jié)構(gòu)的傳感器的方框示意圖。在所有附圖中相同的標(biāo)號(hào)指示相似或相應(yīng)的特征或功能。
具體實(shí)施例方式在下面的描述中，出于說(shuō)明的目的，為了提供對(duì)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例的全面理解，闡 述了許多具體細(xì)節(jié)。然而，很明顯，也可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)這些實(shí)施例。 在其它例子中，為了便于描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，公知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以方框圖的形式示出。下面將參照附圖來(lái)對(duì)根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。圖3示出了一種多芯光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖3所示，該多芯光纖通過(guò)將七個(gè)不 同折射率的單模光纖纖芯對(duì)稱均勻地嵌在光纖包層之中而形成，優(yōu)選地，所述七個(gè)單模光 纖纖芯中的一個(gè)放置在中心，其余六個(gè)按照正六邊形布置。在圖3中示出的多芯光纖中，單模光纖的纖芯直徑為9 μ m,單模光纖之間的纖芯間距為18 μ m,單模纖芯到包層邊緣的 距離為31 μ m。由此，可以計(jì)算出圖3中示出的多芯光纖的包層直徑為31*2+1淋2+9*3 = 125 μ m，這與通常使用的單模光纖和多模光纖的直徑相同。在圖3中示出的多芯光纖中，Iitl為包層折射率，7個(gè)纖芯折射率大小關(guān)系為=Ii1 > n2 > n3 > n4 > n5 > n6 > n7，而且折射率大小相對(duì)分散排列。這是因?yàn)樵趯?duì)最后的輸出端 的光進(jìn)行干涉疊加時(shí)，由于臨近纖芯回路的折射率差別較大，積累的相位差相對(duì)較大，干涉 疊加效果更好。作為示例，表1示出了在圖3中示出的多芯光纖中的各個(gè)纖芯的折射率，其 是線性等距變化的。
權(quán)利要求
1.一種基于多芯光纖的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，包括多段單/多模光纖以及多段多芯光 纖，其中，所述多段單/多模光纖和所述多段多芯光纖按照交替的方式連接。
2.如權(quán)利要求1所述的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，其中，所述單/多模光纖的包層直徑與所 述多芯光纖的包層直徑相同。
3.如權(quán)利要求2所述的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，其中，所述單/多模光纖以及多芯光纖的 包層直徑為125 μ m。
4.如權(quán)利要求2所述的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，其中，所述多芯光纖的纖芯個(gè)數(shù)、纖芯的 折射率、纖芯直徑、纖芯間距、纖芯形狀以及纖芯的放置位置根據(jù)需要設(shè)定。
5.一種基于并行反饋的激光器，包括如權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的多路并行光 傳輸結(jié)構(gòu)。
6.一種傳感器，包括如權(quán)利要求1到4中任何一個(gè)所述的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于多芯光纖的多路并行光傳輸結(jié)構(gòu)，包括多段單/多模光纖以及多段多芯光纖，其中，所述多段單/多模光纖和所述多段多芯光纖按照交替的方式連接。利用上述光傳輸結(jié)構(gòu)，可以減少光纖耦合時(shí)的功率損耗，以及減弱高階模式對(duì)光路的影響。
文檔編號(hào)G02B6/24GK102096150SQ20101060138
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者余曉琦, 徐連宇, 朱立新, 李正斌, 王大量, 王子南, 王玉杰, 王翠云, 蔣云, 賈雷, 路萍 申請(qǐng)人:北京大學(xué)