电子科技大学光电科学与工程学院，四川 成都 611731
提出了一种基于级联非对称Y分支的紧凑、宽带、高效的LP01-LP11a模式转换器。制作的聚合物波导模式转换器具有1.5 mm×14.0 μm的紧凑尺寸，对于C+L波段的x偏振和y偏振光，其模式转换效率大于98%，串扰小于-17.5 dB，插入损耗低于5.8 dB。所提出的模式转换器可以应用在宽带模分复用传输系统中。
光纤光学 光学器件 模式转换器 模分复用 聚合物波导 集成光学 非对称Y分支
Author Affiliations
Abstract
Institute of Modern Optics, Nankai University, Tianjin Key Laboratory of Micro-scale Optical Information Science and Technology, Tianjin 300350, China
Broadband mode converters are essential devices for space-division and wavelength-division multiplexing systems. There are great challenges in the generation of higher-order modes above the third order with low loss and high mode purity employing all-fiber devices. In this paper, an all-fiber LP41 mode converter is proposed and fabricated by tapering a nine-core single-mode fiber bundle. Experimental results indicate that this all-fiber LP41 mode converter is low-loss, high-purity, and ultrabroadband. The insertion loss is less than 0.4 dB. The purity of odd LP41 at 1310 nm is 95.09%, and the operating bandwidth exceeds 280 nm.
photonic lantern mode converter space-division multiplexing Chinese Optics Letters
2023, 21(11): 110008
1 宁波大学信息科学与工程学院，浙江 宁波 315211
2 浙江大学光学科学与工程学院，浙江 杭州 310058
模式转换器是实现模分复用技术（MDM）的关键部件。基于伴随法对器件边缘进行智能优化，从而在绝缘体上硅（SOI）平台上设计了高性能TE0-TE1模式转换器。经仿真验证，在中心波长1550 nm处，模式转换效率达99.6%，消光比达31.2 dB，而损耗仅为0.01 dB。在1500~1600 nm带宽范围内，TE0-TE1的转换效率保持在96.6%以上，消光比保持在15.7 dB以上，而损耗保持在0.14 dB以下。当器件尺寸变化在±20 nm以内时，器件在1550 nm处的转换效率保持在97.2%以上，消光比保持在16.5 dB以上，插入损耗维持在0.12 dB以下。在片上设计了TE1模式的测试装置，并利用商业流片对转换器进行制备。实验结果表明，在60 nm的带宽范围内，TE0-TE1转换器的转换效率保持在90%以上，插入损耗维持在0.4 dB以下。因此，所提出的转换器具有高转换效率、宽带宽、低插入损耗和高制作容差等特点，为高性能片上模式转换器的高效设计提供了新思路。
集成光学 硅基模式转换器 模分复用 逆设计 伴随法 中国激光
2023, 50(18): 1819001
之江实验室智能网络研究院，浙江 杭州 311121
模式转换器是片上模式复用（MDM）系统的关键器件。为在绝缘体上铌酸锂（LNOI）中实现结构紧凑的模式转换，本文提出了一种基于超表面结构的模式转换器。该模式转换器可以实现TE0-TE1、TE0-TE2的转换。为了在模式之间实现高效转换，采用逆向设计方法，结合3D电磁场仿真，优化器件倾斜周期性亚波长条形蚀刻结构参数，以同时符合沿传播方向的相位匹配要求，以及符合短耦合长度的横向方向折射率分布要求。仿真结果表明，器件在1400~1700 nm波段内，TE0-TE1转换的插入损耗<0.8 dB，模间串扰<10 dB，模式转换区长度~20 μm。且该器件具有较好的高阶模式转换扩展性以及工艺容差性，是未来LNOI的高密度集成MDM系统中模式转换器的良好备选方案。
光学器件 模式转换器 集成光子器件 铌酸锂 光学学报
2023, 43(16): 1623020
电子科技大学 电子科学与工程学院，四川 成都 610054
本文对椭圆波导TE01-TE11模式转换器进行了研究。选择了合适的椭圆波导截面，在椭圆波导纵轮廓线函数中采用了相位重匹配方法，并利用粒子群算法进行了纵轮廓线优化，所设计的椭圆TE01-TEs11模式转换器在28 GHz时的转换效率为99.16%，在27~29.3 GHz模式变换器的效率大于90%，相对带宽为8.2%。所设计的TE01-TEs11椭圆模式转换器的转换段为现有长度的一半。将设计的椭圆模式转换器与两个过渡段相连，并在CST中进行仿真和验证，其结果与理论计算一致。设计出了一个中心频率点为28 GHz的高效、紧凑、高功率椭圆波导TE01-TE11模式转换器。
椭圆波导 模式转换器 高效率 宽带 elliptical waveguide mode converter high efficiency broadband
北京真空电子技术研究所 微波电真空器件国家级重点实验室，北京 100015
为满足聚变用170 GHz回旋管高功率输出和高效率传输的要求，需将高阶工作模式TE25，10转换为高斯波束；针对这一技术需求，完成了170 GHz、TE25，10模式高效准光模式变换器的设计，准光模式变换器由辐射器和镜面系统组成。基于几何光学和耦合波理论，完成了Denisov型辐射器相关设计；基于矢量衍射定理和相位校正算法，设计了由一个抛物面镜面、一个准椭圆镜面及一个相位校正镜面组成的镜面系统；使用Surf3D软件对辐射器进行了优化和计算，使用三维全波仿真软件FEKO对镜面系统进行了优化和计算，主要对辐射器微扰幅值、位置分布及相位差进行了优化。所设计准光模式变换器系统的能量转换效率约为95.2%，波束在输出窗处的标量高斯含量约为97.6%，矢量高斯含量约为91.8%，达到了回旋管的应用要求。
回旋管 模式变换器 准光 Denisov型辐射器 170 GHz gyrotron mode converter quasi-optical technology Denisov launcher 170 GHz
1 哈尔滨工程大学物理与光电工程学院纤维集成光学教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
2 哈尔滨理工大学测控技术与通信工程学院黑龙江省量子调控重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150080
提出了一种基于定向耦合器的双芯模式转换器，实现了基阶（LP01模式）向高阶（LP11模式）转换。利用有限元法和光束传播法建立了模式转换器理论分析模型，探究光纤参数对模式转换器转换性能的影响。数值模拟结果表明，当该模式转换器消光比大于20 dB时，带宽可达到320 nm，且其消光比大于10 dB，带宽达到400 nm时的转换率达99.7%。与传统模式转换器相比，该模式转换器结构简单，并且具有转换率高和宽带宽的优点，进而适合应用在光通信系统中。
光学器件 光纤光学 模式转换器 转换率 宽带宽 光学学报
2022, 42(13): 1323004
Author Affiliations
Abstract
Advanced Photonic Technology Laboratory, College of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023, China
Acousto-optic interaction can be used for ultrafast optical field control in passively mode-locked fiber lasers. Here, we propose the use of an intracavity acousto-optic mode converter (AOMC) with combination of a few-mode fiber Bragg gratings (FM-FBG) to achieve narrow linewidth mode-locked pulse output with switchable transverse mode and wavelength in a ring fiber laser. Due to the selectivity of the FM-FBG to the input mode, the output mode and wavelength can be adjusted in the mode-locked fiber laser based on a semiconductor saturable absorption mirror. In experiments, by adjusting the acoustic frequency imposed in the AOMC, the wavelength of mode-locked pulses was switched from 1551.52 nm to 1550.21 nm, retaining the repetition rate of 12.68 MHz. At the same time, the mode conversion from the to the mode in the FM-FBG transmission port was achieved. This laser may find application in mode-division multiplexing systems.
mode-locked fiber laser few-mode fiber mode converter Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 020602
