專利名稱：多模－單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)方法及實(shí)現(xiàn)該方法的互聯(lián)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光纖無源器件領(lǐng)域與微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器。
背景技術(shù)：
近十年來局域網(wǎng)(LAN)市場迅速發(fā)展，短距離的計(jì)算機(jī)高速互聯(lián)需求使局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)速率成指數(shù)趨勢增長從10Mb/s到1Gb/s到10Gb/s，2006年多模光纖局域網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)傳輸速率已經(jīng)達(dá)到1000Gb/s；光纖局域網(wǎng)取代傳統(tǒng)的非屏蔽雙絞線局域網(wǎng)成為一種必然趨勢。但是由于成本高昂，以密集波分復(fù)用(DWDM)技術(shù)和單模光纖網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的廣域網(wǎng)、干線網(wǎng)技術(shù)難以在局域網(wǎng)直接推廣應(yīng)用，這燃起了人們對低成本的、基于粗波分復(fù)用(CWDM)技術(shù)的多模光纖網(wǎng)絡(luò)的研究興趣。
高速的多模光纖通信傳輸距離多在300～1000米，這限制了多模光纖網(wǎng)絡(luò)的地理尺度；現(xiàn)在的企業(yè)、高校等機(jī)構(gòu)的規(guī)模越來越大，地理位置越來越分散，對構(gòu)造尺度在大于1km的大型局域網(wǎng)需求日益增加。通常采用單模光纖網(wǎng)絡(luò)和多模光纖網(wǎng)絡(luò)混合組網(wǎng)方案來解決這一問題，也就是采用單模光纖通信鏈路把多個小規(guī)模(小于1km)的多模光纖網(wǎng)絡(luò)串起來形成大型的局域網(wǎng).另外，任何一個局域網(wǎng)都必須有一個或多個出口與現(xiàn)有的、以單模光纖網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的廣域網(wǎng)甚至是干線網(wǎng)互聯(lián)，這必然產(chǎn)生多模光纖網(wǎng)絡(luò)和單模光纖網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)問題。
目前常用光電模式轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)這兩種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。這種模式轉(zhuǎn)換器通常有多模和單模兩種光纖的接口，工作方式和傳統(tǒng)的光電中繼機(jī)類似，采用的是光→電→光轉(zhuǎn)換的原理.如圖1所示，先把多模光纖1-1連接到模式轉(zhuǎn)換器1-3的多模光纖接口1-2上，然后通過接收器1-4把光信號轉(zhuǎn)換為電信號送入控制電路1-5中，控制電路1-5把電信號處理以后變換成驅(qū)動信號，驅(qū)動激光二極管1-6發(fā)光，并經(jīng)過單模光纖接口1-7耦合到單模光纖1-8中，實(shí)現(xiàn)多模-單模轉(zhuǎn)換。反之，單模光纖1-8的光信號則通過單模光纖接口1-7進(jìn)入接收器1-9中，并轉(zhuǎn)換為電信號送入控制電路1-5中，控制電路1-5把電信號處理以后變換成驅(qū)動信號，驅(qū)動激光二極管1-10發(fā)光，然后經(jīng)過多模光纖接口1-2耦合到單模光纖1-1中，實(shí)現(xiàn)單模-多模轉(zhuǎn)換。通常，局域網(wǎng)到廣域網(wǎng)的出口或局域網(wǎng)與局域網(wǎng)之間的鏈路是整個局域網(wǎng)中通信負(fù)載最重的線路，對傳輸速率有很高的要求，不可避免的會用到波分復(fù)用的技術(shù)。而現(xiàn)有的光電模式轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)傳輸速率大多數(shù)在1Gb/s，僅僅起到了一個簡單的傳輸線路轉(zhuǎn)換作用，沒有做到真正的全光纖互聯(lián)，更不要說實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用了。
因此，對于高速的光纖局域網(wǎng)而言，多模-單模光纖網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)已經(jīng)成為整個局域網(wǎng)的速度瓶頸，嚴(yán)重制約了高速局域網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。市場迫切需要一種能連接多模-單模光纖網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用全光纖互聯(lián)器，以取代低速的光電模式轉(zhuǎn)換器。
設(shè)計(jì)多模-單模光纖網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器，有兩個主要問題其一是單模和多模光纖的連接耦合效率低的問題；其二目前還沒有一種能夠滿足CWDM要求的多模光纖帶通濾波器。
上述第一個問題主要是由兩種光纖纖芯直徑不同的造成的，單模光纖的纖芯為9微米而多模光纖纖芯為62.5微米，兩種光纖對接好后，光從單模光纖耦合到多模光纖時，實(shí)際上是從小纖芯傳輸?shù)酱罄w芯，單模光纖中的光幾乎全部被多模光纖接收，耦合效率很高.而光從多模光纖耦合到單模光纖時，則是大纖芯傳輸?shù)叫±w芯，除了多模光纖中心9微米部分的光能夠傳到單模光纖纖芯中以外，其他的大部分光都進(jìn)入單模光纖的包層，并在逐漸傳輸過程中衰輻射出光纖消失了，因而耦合效率極低。國內(nèi)外常用光纖錐解決這一問題，如圖2所示，在多模光纖2-1的前端制作一個光纖錐2-3，光纖錐的大端直徑為125微米，小端直徑為9微米，多模光纖2-1中傳輸芯模2-2在光纖錐2-3中被光纖錐端面約束而逐漸匯聚到小端，并最后耦合到單模光纖2-5中，形成單模光纖芯模2-4。光纖錐為一個非標(biāo)準(zhǔn)器件，它的小端直徑通常只有10多個微米，與標(biāo)準(zhǔn)的單模光纖的連接對準(zhǔn)、以及保護(hù)有一定的困難.另外，并不是所有的光都能夠被錐面反射約束，入射角度較大的光(即高階的模式)可能射出錐面，造成能量損失，所以這種器件的能量耦合效率一般在60％～70％左右。至今，多模-單模光纖的連接問題實(shí)際上并沒有得到很好解決。
全光纖帶通濾波器的問題，實(shí)際上也是光通信中的一個研究熱點(diǎn)問題。光纖帶通濾波器是一種具有波長選擇能力的器件，它的作用是將某個特定波長范圍的光分離出來、透過，而阻擋其他波長的光通過，它是光纖通信中實(shí)現(xiàn)波分復(fù)用的一個重要光纖無源器件。
周期在微米數(shù)量級的光纖光柵稱為光纖布拉格光柵(簡稱FBG)，這是目前光通信領(lǐng)域最常用的光纖濾波器。其工作原理是“纖芯中正向傳輸?shù)男灸：捅诚騻鬏數(shù)男灸Ｖg的耦合”。如圖3a所示，在光纖纖芯3-1中正向傳播的芯模3-2在光柵區(qū)域3-3處與背向傳輸?shù)男灸?-4發(fā)生模式耦合，傳播常數(shù)滿足相位匹配條件λFBG＝2ncore(λ)Λ (1)的光從正向傳播的芯模3-2耦合到背向傳播的芯模3-4中形成反射光3-4；式中λFBG為滿足相位匹配條件的反射波長(有時也叫布拉格波長)，Λ為FBG光柵區(qū)域的折射率變化的周期(光柵周期)，ncore(λ)為纖芯等效折射率；其余的光仍然在正向傳播的芯模3-5中傳輸，這樣FBG的透射光譜是帶阻濾波器(參見圖3b)、反射光譜是帶通濾波器(參加圖3c)。圖3b，3c的橫坐標(biāo)是波長單位是nm，縱坐標(biāo)是透過率單位是dB。
在光通信的波分復(fù)用系統(tǒng)中使用時，這種光纖濾波器有幾個原理性的缺點(diǎn)首先，用作帶阻濾波器時，其反射光太強(qiáng)，容易給系統(tǒng)帶來干擾，特別是影響光通信線路中激光器的工作；其次，用作帶通濾波器時，必須配合光纖耦合器(或成為2×2分束器)使用，光將兩次進(jìn)出光纖耦合器，而被分割兩次，強(qiáng)度衰減4倍(6dB)，這大大提高了對通信線路中光強(qiáng)的要求，并增加了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性；最后，由于FBG的原理為正向傳播芯模與反向傳播芯模耦合，布拉格波長只和纖芯折射率和光柵周期有關(guān)，因此這種光纖光柵非常穩(wěn)定，不容易受外界影響，用作濾波器很難實(shí)現(xiàn)工作波長的調(diào)諧。因而，盡管FBG在光通信中得到了很好應(yīng)用，業(yè)內(nèi)仍在繼續(xù)研究，尋找一種更好的光纖濾波器。
周期在幾百微米量級的光纖光柵稱為長周期光纖光柵(簡稱LPFG).它是上世紀(jì)九十年代末發(fā)展起來的一種新型光纖無源器件。LPFG的機(jī)理是在光纖纖芯正向傳輸芯模和相同傳輸方向的包層模之間的耦合；如圖4a所示，在光纖纖芯4-1中正向傳輸?shù)男灸?-4，在光柵區(qū)域4-3與包層4-2中的包層模4-5耦合。通常情況下，光柵區(qū)域引入的周期性折射率變化幅值非常小，此時芯模4-4中傳播常數(shù)滿足相位匹配條件λLPG＝(ncore(λ)-nclad(λ))Λ (2)的波長光能量將從纖芯芯模耦合到包層模4-5中；式中λLPFG為LPFG的芯模4-4向包層模4-5耦合的波長，Λ為LPFG光柵區(qū)域的折射率變化的周期(光柵周期)，ncore(λ)為纖芯等效折射率，nclad(λ)為包層等效折射率。其余的光則仍然在纖芯芯模中傳輸，形成一個透射型帶阻濾波器，見圖4b，圖4b的橫坐標(biāo)是波長單位是nm，縱坐標(biāo)是LPFG透過率單位是dB。
LPFG克服了FBG的原理性缺點(diǎn)，具有如下突出優(yōu)點(diǎn)(1)透射光譜對包層模式的等效折射率的變化極為敏感，而包層在光纖外表，很容易改變折射率，這使它具有非常好的調(diào)諧性能；(2)LPFG的反射光非常弱，不會對光通系統(tǒng)造成干擾。這兩個優(yōu)點(diǎn)使LPFG成為目前光纖無源器件研究領(lǐng)域的一個熱點(diǎn)，成為最有前景的帶通濾波器候選技術(shù)。
然而，盡管LPFG具有上述優(yōu)點(diǎn)，它的透射光譜仍然是帶阻型；其光譜特征與光纖通信波分復(fù)用中要求帶通特征正好完全相反，因此并不能直接在波分復(fù)用中使用。另外，多模光纖纖芯大，其中傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量眾多，芯模和包層模耦合作用非常復(fù)雜，不可能在上面制作出性能達(dá)標(biāo)的LPFG濾波器.因此在多模光纖線路上實(shí)現(xiàn)帶通濾波成為一個難題；而在多模-單模光纖混合線路上實(shí)現(xiàn)帶通濾波的問題更是難上加難.這使得學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)心多模-單模光網(wǎng)絡(luò)的全光纖互聯(lián)成為一個無法實(shí)現(xiàn)設(shè)想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了解決多模-單模光網(wǎng)絡(luò)的全光纖互聯(lián)中的關(guān)鍵技術(shù)難題而提出的一種能在多模-單模光纖混合線路上同時實(shí)現(xiàn)帶通濾波和多模/單模光纖高效率耦合的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)方法，并提出實(shí)現(xiàn)該方法的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器。
本發(fā)明的目的是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明提出多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)方法，該方法是將普通多模光纖和一個制作在單模光纖上的長周期光纖光柵連接在一起，在兩種光纖接頭處、長周期光纖光柵的端面纖芯位置制作一個和單模光纖纖芯直徑相同的芯模吸收器，通過該芯模吸收器來阻擋由多模光纖中的光向單模光纖纖芯傳輸，而不影響多模光纖中的光向單模光纖包層中耦合。多模光纖中的光經(jīng)過多模-單模界面向單模光纖中耦合時，因?yàn)樾灸Ｎ掌魑?、阻擋，光無法進(jìn)入單模光纖的纖芯，決大部分的光能量則通過多模-單模界面耦合到單模光纖的包層模中，并以包層模的形式繼續(xù)傳輸。包層模達(dá)到長周期光纖光柵的光柵區(qū)域時發(fā)生耦合作用，包層模中滿足相位匹配條件的光向纖芯芯模逆向耦合，絕大部分能量回到長周期光纖光柵的芯模中，最后由長周期光纖光柵的后端面輸出，不滿足相位匹配條件的光則繼續(xù)在包層模傳輸、并逐漸輻射出光纖消失，形成一個帶通濾波器。反過來，光從單模光纖向多模光纖耦合時，單模光纖纖芯中的光被芯模吸收器擋住不能通過，而LPFG帶寬范圍內(nèi)(滿足相位匹配條件)的光卻能耦合到單模光纖的包層中并經(jīng)過單/多模界面進(jìn)入多模光纖纖芯中，仍然形成一個帶通濾波器。
采用這種方法，多模-單模光纖的能量傳遞不是通過纖芯進(jìn)行，而是通過包層模進(jìn)行，多模光纖芯模向單模光纖包層模的轉(zhuǎn)換效率很高(理論值可以達(dá)到97.8％)。而單模光纖包層模向單模光纖芯模轉(zhuǎn)換則由長周期光纖光柵完成，由于長周期光纖光柵的耦合強(qiáng)度可以達(dá)到30dB以上，因此波長滿足相位匹配條件光能量99％以上能轉(zhuǎn)換到單模芯模中，這樣可以實(shí)現(xiàn)多模光纖芯模-單模光纖包層模-單模光纖芯模的高效耦合，解決了多模-單模光纖的連接耦合的問題。同時，波長不滿足相位匹配的光則不能轉(zhuǎn)換到單模光纖芯模中，因而不能通過，形成一個帶通濾波器。這種多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器保持了LPFG無背向反射和調(diào)諧性能好的優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了帶通濾波的同時，具有多模光纖和單模光纖兩種接口，能在通帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多模-單模光纖的低損耗連接。
為了實(shí)現(xiàn)上述方法，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器，它具有一段多模光纖和一個制作在單模光纖上的長周期光纖光柵，長周期光纖光柵具有纖芯、包層和光柵區(qū)域，在長周期光纖光柵和多模光纖接頭處端面纖芯位置制作有一個芯模吸收器，芯模吸收器與單模光纖纖芯直徑相同。
本發(fā)明在長周期光纖光柵端面制作的一個芯模吸收器，主要作用是阻擋多模光纖芯模和單模光纖芯模直接耦合，而對包層模沒有影響，如果阻擋了包層模，則無法在長周期光纖光柵的光柵區(qū)域時實(shí)現(xiàn)包層模向芯模的逆向耦合，而達(dá)不到本發(fā)明設(shè)計(jì)的目的。因此纖芯末端的芯模吸收器應(yīng)當(dāng)是在單模光纖纖芯末端制作的直徑和纖芯相同的吸收面，本發(fā)明選用金屬鈦化鎢鍍層、金屬鎢做芯模吸收器。
為了保證多模光纖芯模和單模光纖包層模的模場匹配，需要控制單模光纖內(nèi)的包層模模場直徑，如果單模光纖包層模模場直徑大于多模光纖芯模模場直徑，光從單模光纖包層向多模光纖芯模耦合時會引起較大的損耗。為了滿足這一匹配，需要根據(jù)多模光纖和單模光纖的參數(shù)和其工作波長精確設(shè)計(jì)和控制長周期光纖光柵的周期和折射率調(diào)制度。以普通芯徑62.5微米多模光纖、SM-28光纖單模光纖、工作波長1550nm為例，其光柵的周期應(yīng)該在441微米~443微米之間，折射率調(diào)制度控制在0.05％~0.1％之間。本發(fā)明也適用與其他芯徑的多模光纖和其他的工作波長，但長周期光纖光柵的周期等參數(shù)需要根據(jù)多模光纖的芯徑和工作波長調(diào)整。
本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1)利用一個器件在多模-單模光纖混合線路上實(shí)現(xiàn)帶通濾波，將其帶阻型光譜改變?yōu)閹ㄐ凸庾V，將其兩個單模光纖接口改成了一個單模光纖接口一個多模光纖接口，真正實(shí)現(xiàn)了多模-單模光纖混合線路的帶通濾波和通帶內(nèi)的低損耗互聯(lián)；2)結(jié)構(gòu)簡潔，不改變原有LPFG制作工藝，不改變LPFG的結(jié)構(gòu)，不增大器件幾何尺寸；3)芯模吸收層(吸收器)性能穩(wěn)定，適用波長范圍廣；4)保持了現(xiàn)有LPFG濾波器的無背向反射、調(diào)諧性能好的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其不足；5)可以采用成熟的MEMS工藝，制作精度有保障、制作成品率高，容易上批量，制作成本低。
本發(fā)明為多模-單模光網(wǎng)絡(luò)的全光纖互聯(lián)提供了一種比較有效的解決方案。


圖1是現(xiàn)有光電模式轉(zhuǎn)換器的原理示意2是利用光纖錐實(shí)現(xiàn)多模-單模光纖連接示意3是光纖布拉格光柵其中3a是原理示意圖，3b是透射光譜示意圖，3c是反射光譜示意4是普通長周期光纖光柵其中圖4a是原理示意圖，圖4b是透射光譜5是本發(fā)明的一種實(shí)施方案的示意圖其中圖5a是多模光纖→單模光纖傳輸方向原理示意圖，其中圖5b是單模光纖→多模光纖傳輸方向原理示意圖，圖5c是透射光譜圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述參見圖5a，多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器包括多模光纖5-2和單模光纖5-7，在單模光纖5-7上制作有一個長周期光纖光柵5-5，在長周期光纖光柵5-5的前端面的單模光纖纖芯5-9末端制作有一金屬鈦化鎢鍍層作為芯模吸收器5-3，芯模吸收器5-3的直徑為9微米，與單模光纖纖芯5-9直徑相同，本芯模吸收器可采用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)和微納米制造技術(shù)中的光刻和鍍膜技術(shù)制造，具體步驟如下1)制作長周期光纖光柵；
2)把它的后端面處理成鏡面；3)用專用清洗液處理端面；4)在光纖端面涂覆一層光刻膠；5)利用專用模板把該端面遮擋，只在纖芯部分留下一個圓孔，利用紫外光對這個遮擋好的端面進(jìn)行曝光；6)然后把曝光后的LPFG放入顯影液中，把曝光部分光刻膠去掉；7)在光纖端面鍍上上吸收鍍層，其中纖芯部分直接鍍上吸收鍍層，其余部分鍍層則覆蓋在光刻膠上；8)利用光刻膠去除溶液清洗掉剩余光刻膠，同時也將覆蓋在膠上的鍍層去掉；這樣就形成了在纖芯部分的芯模吸收層，這就是本發(fā)明設(shè)計(jì)的芯模吸收器。
把這個鍍好芯模吸收器的長周期光纖光柵和多模光纖5-2連接起來，即可得到本發(fā)明的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器。它由纖芯5-1為62.5微米的多模光纖5-2、纖芯5-9為9微米的單模光纖5-7、制作在單模光纖5-7上的長周期光纖光柵5-5、長周期光纖光柵前端面的芯模吸收器5-3等組成。因?yàn)榘鼘幽５挠行鬏斁嚯x很短，所以制作時需要保證多模光纖5-2和單模光纖5-7的接頭離長周期光纖光柵5-5的光柵區(qū)域的距離小于4厘米，即芯模吸收器5-3和光柵區(qū)域的距離小于4cm。另外，長周期光纖光柵的周期和折射率調(diào)制度要精確設(shè)計(jì)和制作，以保證多模光纖的芯模5-4和單模光纖的包層模5-6的模場直徑匹配，減小耦合損耗。
光信號通過本多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器時有兩種方向多模光纖→單模光纖傳輸方向和單模光纖→多模光纖傳輸方向，下面分別結(jié)合附圖5a，5b描述著兩種工作情況。
參見圖5a，光由多模光纖向單模光纖傳輸時，首先在多模光纖5-2的纖芯5-1中激勵器多模光纖芯模5-4，在多模光纖5-1和單模光纖5-7的界面處，多模光纖芯模5-4中心區(qū)域被芯模吸收器5-3阻擋，無法直接進(jìn)入單模光纖5-7的纖芯5-9，多模光纖芯模5-4的其他部分則直接進(jìn)入單模光纖5-7的包層中激勵起包層模5-6；包層模5-6傳輸?shù)介L周期光纖光柵5-5區(qū)域時，符合長周期光纖光柵相位匹配條件的光向纖芯芯模5-8逆向耦合，進(jìn)入單模光纖纖芯5-9形成單模光纖芯模5-8，最后由長周期光纖光柵的后端面輸出；不滿足相位匹配條件的光則繼續(xù)在包層模5-6傳輸、并逐漸輻射出光纖消失；這樣只有滿足長周期光纖光柵相位匹配條件的光通過多模光纖芯?！鷨文９饫w包層?！鷨文９饫w芯模的形式通過本器件，形成帶通濾波器。
參見圖5b，光由單模光纖向多模光纖傳輸時，首先在單模光纖5-7的纖芯5-9中激勵器單模光纖芯模5-8，單模光纖芯模5-8傳輸?shù)介L周期光纖光柵區(qū)域5-5時，滿足長周期光纖光柵相位匹配條件的光向單模光纖包層模5-6耦合，經(jīng)過長周期光纖光柵區(qū)域5-5以后，光分作包層模5-6和芯模5-8兩部分傳輸；其中芯模5-8在多模光纖5-1和單模光纖5-7的界面處，被芯模吸收器5-3阻擋吸收轉(zhuǎn)換成其他形式能量(熱能)消耗無法直接進(jìn)多模光纖中，單模光纖包層模5-6則直接由多模-多模光纖界面進(jìn)入多模光纖5-2中，轉(zhuǎn)換成多模光纖芯模5-4，并由多模光纖末端輸出。這樣只有滿足長周期光纖光柵相位匹配條件的光通過單模光纖芯?！鷨文９饫w包層?！嗄９饫w芯模的形式通過本器件，形成帶通濾波器。向纖芯芯模2-10逆向耦合，進(jìn)入單模光纖纖芯5-9形成單模光纖芯模，最后由長周期光纖光柵的后端面輸出；不滿足相位匹配條件的光則繼續(xù)在包層模5-6傳輸、并逐漸輻射出光纖消失，形成一個帶通濾波器。
光信號從兩個方向通過本多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器均能形成達(dá)到帶通濾波的效果，輸出和常規(guī)長周期光纖光柵完全不同的透射型帶通濾波光譜(見圖5c)。另外，由于采取了限制了包層模傳輸長度(小于4cm)和保證多模光纖芯模和單模光纖包層模的模場匹配(控制長周期光纖光柵只和模場小于62.5微米的包層模耦合)等措施，加上長周期光纖光柵的耦合強(qiáng)度可以達(dá)到30db以上，光在多模光纖芯?！鷨文９饫w包層模→單模光纖芯模和單模光纖芯?！鷨文９饫w包層?！嗄９饫w芯模兩個方向上均有很高的耦合效率，在通帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多模-單模光纖的高效耦合，解決了多模-單模光纖的連接耦合的問題。這種多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全纖互聯(lián)器保持了LPFG濾波器無背向反射和調(diào)諧性能好優(yōu)點(diǎn)、實(shí)現(xiàn)了帶通濾波，又克服了常規(guī)光纖濾波器只能連接一種光纖的問題，同時具有多模和單模光纖的接口，能在濾波器通帶范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多模-單模光纖的低損耗連接，能夠滿足多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)的要求。
盡管本發(fā)明主要針對光通信/波分復(fù)用領(lǐng)域中用到的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器而設(shè)計(jì)，然而本發(fā)明的應(yīng)用并不限于光通信領(lǐng)域，可以推廣到其他需要同時低損耗連接多模-單模光纖并實(shí)現(xiàn)帶通濾波的領(lǐng)域。另外，盡管本發(fā)明實(shí)施方式中采用MEMS的工藝，在長周期光纖光柵的后端面鍍鈦化鎢制作芯模吸收器，但仍然可以利用其它材料制作芯模吸收器，甚至采用其他類型的芯模吸收器，從而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明而不背離權(quán)利要求書中所定義的本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.多模一單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)方法，該方法是將普通多模光纖和一個制作在單模光纖上的長周期光纖光柵連接在一起，在兩種光纖接頭處、單模光纖端面纖芯位置制作一個單模光纖芯模吸收器，用于阻擋由多模光纖中的光向單模光纖纖芯傳輸，而不影響光向單模光纖包層中傳輸，在兩個方向上實(shí)現(xiàn)全光纖帶通濾波，同時具有的多模光纖和單模光纖兩種接口，實(shí)現(xiàn)多模和單模光網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)；光由多模光纖入射時，首先激勵起多模光纖芯模，并經(jīng)過多模-單模界面向單模光纖耦合，多模光纖芯模中心部分被芯模吸收器阻擋、吸收，無法進(jìn)入單模光纖的纖芯，而其部分的光能量則通過多模-單模界面耦合到單模光纖的包層模中，并以包層模的形式繼續(xù)傳輸；包層模中滿足相位匹配條件的光向長周期光纖光柵芯模逆向耦合，絕大部分能量回到長周期光纖光柵的芯模中，最后由長周期光纖光柵的后端面輸出；不滿足相位匹配條件的光則繼續(xù)在包層模傳輸，并逐漸輻射出光纖消失，形成一個帶通濾波器；反過來，光從單模光纖入射時，首先在單模光纖中激勵器單模光纖芯模，其中滿足長周期光纖光柵相位匹配條件的光耦合到單模光纖包層模中，其余光仍然在單模光纖芯模中傳輸，在多模-單模光纖界面處，單模光纖的芯模被芯模吸收器阻擋吸收轉(zhuǎn)換成其他形式能量消耗，單模光纖包層模則由多模-多模光纖界面進(jìn)入多模光纖轉(zhuǎn)換成多模光纖芯模，并由多模光纖末端輸出，形成一個帶通濾波器。
2.實(shí)現(xiàn)上述方法的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器，其特征在于它具有一段多模光纖(5-2)和一個單模光纖長周期光纖光柵(5-5)，二者連接在一起；在長周期光纖光柵端面的纖芯(5-9)上制作有一個芯模吸收器(5-3)，芯模吸收器(5-3)與單模光纖(5-7)的纖芯直徑相同，互聯(lián)器同時具有多模光纖和單模光纖的接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器，其特征在于芯模吸收器(5-3)到長周期光纖光柵(5-5)的光柵區(qū)域的距離小于4厘米。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模-單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器，其特征在于芯模吸收器(5-3)為一個金屬鈦化鎢或金屬鎢鍍層。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多模一單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)器，其特征在于多模光纖(5-2)的纖芯(5-1)為62.5微米，單模光纖(5-7)的纖芯(5-9)為9微米，長周期光纖光柵(5-5)的周期為441-443微米。
全文摘要
本發(fā)明提出多模－單模光網(wǎng)絡(luò)全光纖互聯(lián)方法，它將普通多模光纖和單模光纖上的長周期光纖光柵(LPFG)連接在一起，在接頭處、LPFG長的端面纖芯上制作一個和纖芯直徑相同的芯模吸收器，來阻擋由多模光纖中的光向單模光纖纖芯傳輸，而不影響多模光纖中的光向單模光纖包層中傳輸。光通過時，滿足LPFG相位匹配的光經(jīng)過多模光纖芯模－單模光纖包層模－單模光纖芯模兩次轉(zhuǎn)換通過器件，其余的光不能通過，形成一個帶通濾波器。本發(fā)明保持了現(xiàn)有LPFG濾波器原有的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)其不足，將其帶阻型光譜改變?yōu)閹ㄐ凸庾V，實(shí)現(xiàn)了真正的長周期光纖光柵帶通濾波器；并且同時有單模和多模光纖接口，能夠在通帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)單模－多模光纖網(wǎng)絡(luò)的低損耗互聯(lián)。
文檔編號H04B10/207GK101022311SQ20071007834
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者朱永, 梅浩, 陳偉民, 符欲梅 申請人:重慶大學(xué)