本發(fā)明涉及一種多芯多模光纖耦合裝置，其通過將來自多根光纖的單模的光統(tǒng)一轉(zhuǎn)換為高次模式，從而可以有效地將多根單模光纖和多芯多模光纖耦合，本發(fā)明還涉及一種使用該裝置來耦合多根光纖和多芯多模光纖的方法。

背景技術(shù)：

近年來，光纖的傳送量極限成為了問題，為了解決這個問題，興起了空分復用(SDM)的研究。因此，一根光纖里有多個纖芯的多芯光纖，和一個纖芯里可以傳送多個傳導模式的多模光纖也成為了研究對象。

日本發(fā)明專利公開公報2013-182222號公報(下述專利文獻1)中，公開有一種多芯光纖耦合裝置。這種多芯光纖耦合裝置是耦合多根單模光纖和多芯光纖的裝置。

在非專利文獻1中，公開有一種將光纖束拉伸成錐狀，使7芯的多芯光纖和單模光纖耦合的技術(shù)。該技術(shù)將多根單模光纖結(jié)成一束并拉伸，與多芯光纖熔接接合。

【現(xiàn)有技術(shù)文獻】

【專利文獻】

【專利文獻1】日本發(fā)明專利公開公報特開2013-182222號

【非專利文獻】

【非專利文獻1】B.Zhu,et.al“Space-,Wavelength-,Polarization-DivisionMultiplexed Transmission of 56-Tb/s over a 76.8-km Seven-Core Fiber,”in Optical Fiber Communication Conference,OSA Technical Digest(CD)(Optical Society of America,2011),paper PDPB7.

技術(shù)實現(xiàn)要素：

如上所述，光纖的傳送量極限成為了問題。因此，希望能夠開發(fā)出可以傳送更多信息的多芯多模光纖耦合裝置，和提出使用該裝置的多芯多模光纖耦合方法。

本發(fā)明基本上基于這樣的見解，即，通過使用光耦合器(模式復用器)將從多個多芯耦合器射出的光模式復用，能夠?qū)崿F(xiàn)多芯多模光纖耦合。

本發(fā)明涉及一種多芯多模光纖耦合裝置。該裝置具有第1光纖群11、第1聚光系統(tǒng)13、第1模式轉(zhuǎn)換器15、第2光纖群21、第2聚光系統(tǒng)23和多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33。第1模式轉(zhuǎn)換器15將來自第1光纖群11的光統(tǒng)一轉(zhuǎn)換模式。多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33將轉(zhuǎn)換模式后的來自第1光纖群11的光和來自第2光纖群21的光合波并向多芯光纖31引導。

第1聚光系統(tǒng)13是將第1光纖群11的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。第1模式轉(zhuǎn)換器15是將在第1聚光系統(tǒng)13被聚光后的第1光纖群11的射出光群的模式轉(zhuǎn)換為第1模式的光學儀器。第2聚光系統(tǒng)23是將第2光纖群21的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。

多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33是將第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群和第2聚光系統(tǒng)23的射出光群合波，并導向多芯光纖31的光學系統(tǒng)。

在第1模式為基模的情況下，可以通過使由第1聚光系統(tǒng)13聚光后的光群通過第1模式轉(zhuǎn)換器15，來將其模式轉(zhuǎn)換為高次模式，其中，第1模式轉(zhuǎn)換器15相應于光纖內(nèi)的傳導模式來使空間光的光強分布為，空間光中相鄰光強的相位差為π(180°)。本發(fā)明的多芯多模光纖耦合裝置使第1光纖群11的多個射出光，在第1模式轉(zhuǎn)換器15處集中成光束，統(tǒng)一轉(zhuǎn)換模式。第1模式轉(zhuǎn)換器15優(yōu)選是相位板(phase plate)，該相位板設置在與由第1聚光系統(tǒng)13聚光后的來自第1光纖群11的射出光群一致的位置。該位置如后所述，是實現(xiàn)最優(yōu)模式轉(zhuǎn)換效率的位置。

該多芯多模光纖耦合裝置的優(yōu)選例為還具有第3光纖群41、第3聚光系統(tǒng)43和第3模式轉(zhuǎn)換器45。第3聚光系統(tǒng)43是將第3光纖群41的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。第3模式轉(zhuǎn)換器45是將由第3聚光系統(tǒng)43聚光后的第3光纖群41的射出光群的模式轉(zhuǎn)換為第2模式的光學儀器。

在該示例的情況下，多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33將第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群、第2聚光系統(tǒng)23的射出光群和第3模式轉(zhuǎn)換器45的射出光群導向所述多芯光纖31。

本發(fā)明還提供一種使用所述多芯多模光纖耦合裝置的多芯多模光纖耦合方法。該方法包含以下工序。

從第1光纖群11射出射出光群。來自第1光纖群11的所述射出光群被第1聚光系統(tǒng)13聚光。被第1聚光系統(tǒng)13光后的來自第1光纖群11的射出光群由第1模式轉(zhuǎn)換器15進行模式轉(zhuǎn)換成為第1模式。

從第2光纖群21射出射出光群。來自第2光纖群21的所述射出光群被第2聚光系統(tǒng)23聚光。來自第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群和來自第2聚光系統(tǒng)23的射出光群由多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33導向多芯光纖31。

發(fā)明的效果

采用本發(fā)明，能夠由多個多芯耦合器和光耦合器(模式復用器)構(gòu)成多芯多模光纖耦合裝置，因此可以由少量的部件實現(xiàn)多芯多模光纖耦合。

附圖說明

圖1是表示多芯多模光纖耦合裝置的基本結(jié)構(gòu)示例的框圖。

圖2是說明模式轉(zhuǎn)換器的示例的示圖。

圖3是表示多芯多模光纖耦合裝置的優(yōu)選例的框圖。

具體實施方式

以下，使用附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。本發(fā)明并不限于以下說明的實施方式，還包括本領域技術(shù)人員從以下的實施方式出發(fā)，在顯而易見的范圍內(nèi)所做出的適宜修改。

本發(fā)明涉及一種多芯多模光纖耦合裝置。多芯多模光纖耦合裝置是將來自多個光源的光與多芯多模光纖耦合的裝置。即，其是將含有多個高次模式的多?；墓庖龑е炼嘈竟饫w的各個纖芯的裝置，其中，多芯光纖指一根光纖中具有多個纖芯的光纖。不需要將多芯光纖含有的全部纖芯用于光信息通信，例如可以將中心纖芯或周圍纖芯的任意一個用來檢波，適宜地進行反饋。

圖1是表示本發(fā)明的多芯多模光纖耦合裝置的基本結(jié)構(gòu)的示例的框圖。如圖1所示，該裝置具有第1光纖群11、第1聚光系統(tǒng)13、第1模式轉(zhuǎn)換器15、第2光纖群21、第2聚光系統(tǒng)23、多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33。

第1光纖群11是設置于在空間上隔開間隔的位置上的兩個以上光纖組成的群體。構(gòu)成第1光纖群的光纖的示例是單模光纖。

第1聚光系統(tǒng)13是將第1光纖群11的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。第1聚光系統(tǒng)13的示例是將來自第1光纖群11的多個射出光導向第1模式轉(zhuǎn)換器15(例如相位板)的棱鏡或反射鏡。當?shù)?聚光系統(tǒng)13是反射鏡的情況下，調(diào)整光路，使來自在空間上隔開間隔的多根光纖的光到達波片的規(guī)定位置。如此，來自第1光纖群11的多個的光，被第1聚光系統(tǒng)13導向第1模式轉(zhuǎn)換器15的規(guī)定位置。但是，在構(gòu)成為不用第1聚光系統(tǒng)13也能導向第1模式轉(zhuǎn)換器15的規(guī)定位置的情況下，也不是必須使用第1聚光系統(tǒng)13。

第1模式轉(zhuǎn)換器15是將由第1聚光系統(tǒng)13聚光后的第1光纖群11的射出光群的模式轉(zhuǎn)換為第1模式的光學儀器。第1模式轉(zhuǎn)換器15的示例是相位板。第1模式轉(zhuǎn)換器15優(yōu)選是設置在規(guī)定位置的相位板，該規(guī)定位置為：由第1聚光系統(tǒng)13使第1光纖群11的射出光群匯聚在一起的位置。在第1模式轉(zhuǎn)換器15中，第1光纖群11的射出光群所包含的光被統(tǒng)一轉(zhuǎn)換模式，因此可以容易地達成多芯多模光纖耦合。

模式轉(zhuǎn)換器例如像日本發(fā)明專利公開公報2009-047784號公報，和日本發(fā)明專利公開公報2010-122688號公報所公開的那樣，是周知的結(jié)構(gòu)。模式轉(zhuǎn)換器可以將基模的光轉(zhuǎn)換為高次模式的光。第1光纖輸出的通常是基模(TEM₀₀)。該基模的光在第1模式轉(zhuǎn)換器15被轉(zhuǎn)換為適宜的模式。模式轉(zhuǎn)換后的模式的示例，是1次模式(TEM₀₁或TEM₁₀)。也可以使用這些之外的模式(例如TEM₁₁或TEM₀₂)。另一方面，例如，優(yōu)選到達多芯多模光纖的來自第1模式轉(zhuǎn)換器15的輸出光群，與其他光群的模式不同。

例如，在3種光群輸入多芯多模光纖的情況下，優(yōu)選采用基模(例如，不轉(zhuǎn)換單模光纖輸出的光的模式的情況)和TEM₀₁以及TEM₁₀這3種模式。關于模式，只要是滿足在導入多芯多模光纖時，在接收器一側(cè)的多芯多模光纖中能夠使用周知的機構(gòu)進行分離的條件，哪種模式都可以采用。

該多芯多模光纖耦合裝置的優(yōu)選例，是通過第1聚光系統(tǒng)13使光束匯聚到第1模式轉(zhuǎn)換器15的規(guī)定位置的裝置。圖2是說明模式轉(zhuǎn)換器的示例的示圖。如圖2所示，為了相應于光纖內(nèi)的傳導模式來使空間光中相鄰光強的相位差為π(180°)，相位板16構(gòu)成為，相應于光纖內(nèi)的傳導模式來針對空間光中相鄰光強分布而配置具有特定折射率的透明介質(zhì)，提供與該波長中的相位差相當?shù)奈锢淼墓獬滩?。在本圖中厚度薄的部分17和厚度厚的部分18的光程長度不同，因此，以分別均勻照射到這兩部分的方式配置的光19被進行模式轉(zhuǎn)換。模式轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)并不限于上面所述。但是，使用這種方法，由光學系統(tǒng)調(diào)整來自單模光纖的基模的光的前進方向，可以容易地將這些多個基模的光統(tǒng)一轉(zhuǎn)換模式。

通常的多芯光纖在以中心纖芯為對稱軸對稱的位置上具有多個纖芯。而且，通常相位板的厚度薄的部分17和厚度厚的部分18存在直線狀的分界。本發(fā)明先將來自光纖的光匯聚至該分界處，之后導向多芯光纖中的各個纖芯。

第2聚光系統(tǒng)23是將第2光纖群21的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。在該示例中，不是必須具有對在第2聚光系統(tǒng)23被聚光后的第2光纖群21的射出光群的模式進行模式轉(zhuǎn)換的第2模式轉(zhuǎn)換器。這是因為多芯多模光纖中也可以包含基模的光信號。另一方面，也可以由第2模式轉(zhuǎn)換器對在第2聚光系統(tǒng)23被聚光后的第2光纖群21的射出光群的模式進行轉(zhuǎn)換。

多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33是將第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群和第2聚光系統(tǒng)23的射出光群導向多芯光纖31的光學系統(tǒng)。多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33將第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群和第2聚光系統(tǒng)23的射出光群所包含的多個光，分別導向多芯多模光纖的多個纖芯中所對應的纖芯。這種光學系統(tǒng)的示例為日本發(fā)明專利公開公報2013-182222號公報所公開的多芯光纖耦合裝置中的光學系統(tǒng)。

多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33的示例如圖1所示，包含：第1中繼透鏡(relay lens)，其被射入第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群；分束器(beam splitter)，其將來自第1中繼透鏡的光和第2聚光系統(tǒng)23的射出光群導向多芯多模光纖。分束器的輸出經(jīng)過多模光纖耦合鏡向多模光纖傳播，光群的各個光向各自的目的纖芯傳播。中繼透鏡是將在前方的光學系統(tǒng)處結(jié)成的像進一步向后方傳導的透鏡以及透鏡系統(tǒng)。通過中繼透鏡使由相位板從多光束轉(zhuǎn)換成的規(guī)定的高次模式和光纖中的同次的模式之間大小的不一致最優(yōu)化，從而能夠得到最大的耦合效率。

如此，通過在第1模式轉(zhuǎn)換器15，將第1光纖群11的射出光群所包含的光統(tǒng)一轉(zhuǎn)換模式，可以容易地達成多芯多模光纖耦合。

由多芯多模光纖31射出的光，由多芯光纖耦合鏡(多芯光纖分離鏡)61分離，再由光學系統(tǒng)63傳導向多根光纖65。

本發(fā)明還提供一種使用所述多芯多模光纖耦合裝置的多芯多模光纖耦合方法。該方法包含以下工序。

從第1光纖群11射出射出光群。來自第1光纖群11的所述射出光群被第1聚光系統(tǒng)13聚光。被第1聚光系統(tǒng)13聚光后的第1光纖群11的射出光群由第1模式轉(zhuǎn)換器15進行模式轉(zhuǎn)換成為第1模式。

從第2光纖群21射出射出光群。來自第2光纖群21的所述射出光群被第2聚光系統(tǒng)23聚光。來自第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群和來自第2聚光系統(tǒng)23的射出光群由多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33導向多芯光纖31。

圖3是表示多芯多模光纖耦合裝置的優(yōu)選例的框圖。圖3的示例，是除之前例舉的多芯多模光纖耦合裝置的結(jié)構(gòu)之外，還具有第3光纖群41、第3聚光系統(tǒng)43、第3模式轉(zhuǎn)換器45。由同樣的原理，可以將更多模式的光群導向多芯多模光纖。第3聚光系統(tǒng)43是將第3光纖群41的射出光群聚光的光學系統(tǒng)。第3模式轉(zhuǎn)換器45是將在第3聚光系統(tǒng)43被聚光后的第3光纖群41的射出光群的模式轉(zhuǎn)換為第2模式的光學儀器。第3光纖群41、第3聚光系統(tǒng)43和第3模式轉(zhuǎn)換器45，分別與第1光纖群11、第1聚光系統(tǒng)13和第1模式轉(zhuǎn)換器15具有相同的結(jié)構(gòu)。

在該示例的情況下，多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33將來自第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群、來自第2聚光系統(tǒng)23的射出光群和來自第3模式轉(zhuǎn)換器45的射出光群導向所述多芯光纖31。

本發(fā)明還提供一種使用所述多芯多模光纖耦合裝置的多芯多模光纖耦合方法。該方法包含以下工序。

從第1光纖群11射出射出光群。來自第1光纖群11的所述射出光群被第1聚光系統(tǒng)13聚光。在第1聚光系統(tǒng)13被聚光后的第1光纖群11的射出光群由第1模式轉(zhuǎn)換器15進行模式轉(zhuǎn)換成為第1模式。

從第2光纖群21射出射出光群。來自第2光纖群21的射出光群被第2聚光系統(tǒng)23聚光。

從第3光纖群41射出射出光群。來自第3光纖群41的射出光群被第3聚光系統(tǒng)43聚光。在第3聚光系統(tǒng)43被聚光后的第3光纖群41的射出光群由第3模式轉(zhuǎn)換器45進行模式轉(zhuǎn)換成為第2模式(在第2光纖群的光的模式被轉(zhuǎn)換成為第2模式的情況下，被轉(zhuǎn)換成為第3模式)。來自第1模式轉(zhuǎn)換器15的射出光群、來自第2聚光系統(tǒng)23的射出光群和來自第3模式轉(zhuǎn)換器45的射出光群，由多芯光纖用空間耦合系統(tǒng)33導向多芯光纖31。

本發(fā)明可以應用在空分復用和使用多芯多模光纖進行光纖通信的領域。

附圖標記說明

11：第1光纖群；13：第1聚光系統(tǒng)；15：第1模式轉(zhuǎn)換器；21：第2光纖群；23：第2聚光系統(tǒng)；31：多芯光纖；33：多芯光纖用空間耦合器；41：第3光纖群；43：第3聚光系統(tǒng)；45：第3模式轉(zhuǎn)換器；61：多芯光纖耦合鏡；63：光學系統(tǒng)；65：光纖。