模式大小转换器

2022-10-12 17:37:17 浏览:413

定义

可以实现不同大小的模式进行有效耦合的光学装置。

模式大小转换器(或者模式大小匹配器)是用于在横向扩展或者压缩模式的光学装置。例如,模式转换器可以将激光二极管的波导中非常小的模式扩展到可以与光纤模式匹配的大小。有效模式面积可以从1 μm2增大到约100 μm2,这对于普通单模光纤很合适。可以实现激光二极管与光纤的有效耦合。尤其是单模波导中,只有当两个模式的模式半径近似相等时才能有效的耦合。(词条光纤连接器中包含了最低耦合损耗的公式。)需要注意的是不仅需要匹配的空间维度和强度分布,还需要匹配的波前,例如,入射到单模光纤的平面波前。

理论上来说,模式大小转化器可以由一个光学透镜制作。其中光首先从第一个波导中扩散到自由空间,然后通过透镜聚焦成具有合适大小的斑点。第二个波导放置在光束焦点处。

很多情况下,需要避免自由空间传播,而且需要得到单色的更加小的器件。因此,需要采用其它模式大小转换器的技术方案。一种常用的装置类型为锥形波导。其中,波导的横向维度和模式面积缓慢变化。如果模式尺寸在波导中足够缓慢的变化,模式可以绝热的改变其参数,因此它在任意区域的模式尺寸都接近于横向维度为常数情况下的尺寸。但是,如果合适设计模式转换器,也可以实现非绝热模式转换。这也可以得到非常紧凑的装置。已经存在很多种非绝热模式转换器,不是所有的都需要采用锥形波导。例如,有些纳米技术装置是采用的表面等离子体。

参阅:模式、有效模式面积、模式半径、光纤、光纤连接器、锥形光纤、波导

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