[2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 德国慕尼黑（2019.6.23-2019.6.27）] 2019年欧洲激光与电光会议暨欧洲量子电子学会议（CLEO/Europe-EQEC）- 光栅辅助模式选择少模熔融光纤耦合器研究

摘要： 以模分复用（MDM）形式实现的空间复用技术（SDM）是应对日益增长的数据流量需求的一种解决方案[1]。该技术利用少模/多模光纤的各个模式作为独立传输信道，需要在多模光纤链路的输入端和输出端对单个模式进行寻址。其中，基于倏逝波耦合的模选择性熔融光纤耦合器可用于光纤传输链路中单个模式的定向调控。当模式传播常数相等时即可发生光耦合，这可通过刻写光栅结构来实现，从而补偿待耦合模式间传播常数的失配[2]。本研究将展示我们在光栅辅助模选择性熔融光纤耦合器开发方面的最新进展。为实现该器件，制备过程分为两个步骤：首先采用刻蚀-熔融-锥形化工艺，将Fibercore SM1500（4.2/125）阶跃折射率单模光纤（SMF）与OFS四模阶跃折射率少模光纤（FMF）制备成非对称熔融光纤耦合器，图1a展示了锥腰处呈抛物线形的非对称熔融耦合器横截面；随后采用振幅掩模法在单模光纤纤芯刻写光栅结构，以实现单模与少模光纤间的模选择性光耦合。该振幅掩模法使用青铜箔掩模（Optofab）和KrF准分子激光器（Atlex FBG，ATL Lasertechnik），其工艺参数（重复频率、脉冲能量和曝光时间）参考了先前在高掺锗单模光纤中刻写长周期光栅的研究[3]。为确定模选择性光耦合所需的光栅周期，我们在RSOFT软件中建立了CAD模型，该模型综合考虑了光纤参数、加热区域、光纤延伸量及耦合器制备过程中的熔融程度（DOF）。图1b展示了所制备非对称熔融光纤耦合器的CAD模型示意图。通过光束传播法（RSOFT中的BeamPROP工具箱）计算模选择性光耦合所需的光栅周期，并模拟光栅辅助模选择性光纤耦合器的性能。如图1c所示，当光栅周期为500微米时，可实现少模光纤LP11模式与单模光纤LP01模式间的模选择性光耦合。