基于定向耦合器的双芯模式转换器.docx

本文介绍了一种基于定向耦合器的新型双芯模式转换器，用于实现光纤中的基阶模式（LP01模式）到高阶模式（LP11模式）的转换。这种转换器设计是解决单模光纤容量逼近香农极限问题的一个解决方案，以提升光纤通信系统的数据传输能力。模分复用技术在提高容量方面具有显著潜力，而模式转换器是模分复用系统的关键组件，负责在复用和解复用过程中转换模式。 传统的模式转换器包括空间光学元件法、硅光子集成法和全光纤法。空间光学元件法虽然转换精度高，但对准要求严格，集成度低，限制了其应用。硅光子集成法则因尺寸小、损耗低、成本效益高而受到青睐，但仍面临封装成本高、偏差容限低和耦合损耗大等问题。相比之下，全光纤模式转换器具有更低的插入损耗，且不需过于复杂的封装工艺，更易于实现光纤链路的集成。 本文提出的双芯模式转换器基于定向耦合器，其结构简单，转换效率高，带宽宽。通过有限元法和光束传播法建立的理论分析模型，探讨了光纤参数对转换性能的影响。数值模拟结果显示，该转换器在消光比超过20 dB时，带宽可达320 nm，转换率高达99.7%。而当消光比为10 dB，带宽扩大到400 nm时，转换率仍然保持在99.7%。这些特性使得该转换器在光通信系统中具有广阔的应用前景。 现有的全光纤模式转换器，如长周期光纤光栅模式转换器，虽然能实现高转换率，但通常带宽较窄。文献中提到的其他研究，如双谐振双模长周期光纤光栅模式发生器和基于多模干涉的全光纤模式转换器，虽然也尝试拓宽带宽，但仍未同时达到高转换率和宽带宽的目标。 因此，本文提出的双芯模式转换器为解决这一挑战提供了一个新的途径。它不仅简化了转换器的结构，提高了转换效率，而且实现了宽转换带宽，这有助于在光通信系统中实现更高的数据传输速率和更大的系统容量。未来的研究可能将集中于优化该转换器的性能，例如进一步提高消光比，以及探索其在多模光纤通信、光子计算和量子信息处理等领域的应用潜力。