本发明属于光电技术和光纤模式复用通信，具体涉及一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器及其制备方法。
背景技术：
1、近年来，随着互联网技术的高速发展和普及，对通信系统传输容量的需求呈指数式飞速增加，而目前基于单模光纤(smf)的通信系统的传输容量已接近香农极限。模分复用(mdm)技术能将不同的模式视作相互独立的传输信道，从而具备巨大的数据承载能力，所以mdm技术被认为是实现未来大容量光纤通信的关键技术。可高效地实现高阶模式转换的光纤型模式转换器件具备体积小、成本低、易与现有光纤网络匹配等优势，一直是光纤通信领域的研究热点。另一方面，高阶模式中有一种偏振态呈轴对称分布的特殊矢量光束——柱矢量光束(cvb)，由于其具备环形的空间强度和独特的偏振分布特性，在光通信、紧聚焦、激光材料加工、高分辨率测量、粒子加速与捕获等领域也展现了丰富的应用前景。目前市场上用于产生柱矢量光束的器件主要分为空间型和全光纤型，利用q板、螺旋相位板、空间光调制器等空间型器件可以将标量高斯光束转化成柱矢量光束，但是这些光学器件的价格较为昂贵，具有较高的插入损耗，且不易与光纤通信系统集成。而全光纤型模式转换器件比如模式选择耦合器、长周期光纤光栅、声致光纤光栅的制备较为简单，但是其转换宽带只有一二十纳米，不能覆盖整个通信波段，且难以可控地输出柱矢量光束。综上所述，现有的光纤模式转换器件并不同时具备宽带可调谐及柱矢量光束可控产生的转换特性。
技术实现思路
1、本发明的目的是一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器及其制备方法，不仅利用声致光纤光栅实现了lp01模式到高阶模式的耦合，且在1550nm处具备125nm的3-db转换带宽，进一步通过腐蚀的方法减小光纤直径，引入空气折射率的影响，从而可控有效地调谐色散拐点(dtp)的波长。进一步基于声致光纤光栅的矢量模式偏振耦合原理，通过对入射光的偏振态进行调控，可以稳定地输出一种宽带的高纯度柱矢量光束。进一步提出一种基于环形光纤的宽带柱矢量模式转换器，通过设计环形光纤结构更有利于实现柱矢量光束的宽带转换和稳定传输。该模式转换器件具有柱矢量模式可控性，动态切换特性以及波长可调谐性，可以用于飞秒激光系统及基于少模光纤的模分复用通信系统中。
2、本发明的技术方案如下：
3、本发明提供一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器包括可调谐窄带光源、单模光纤、偏振控制器、未剥涂覆层的少模光纤、胶带、压电陶瓷、铝锥、腐蚀后的少模光纤、少模光纤的输出端、底板、铜导线、信号发生器、检偏器和ccd相机；
4、所述可调谐窄带光源经过单模光纤传输进未剥涂覆层的少模光纤中，所述偏振控制器放置在少模光纤上，所述腐蚀后的少模光纤的一端用紫外胶固定在铝锥上，再将铝锥和压电陶瓷用胶水粘连，少模光纤的左右两端均用胶带固定在底板上；通过铜导线连接信号发生器和压电陶瓷，信号发生器产生预设的射频信号能够驱动压电陶瓷产生高频振动，并在铝锥的尖端被放大并传导至上方被腐蚀的少模光纤中，将基模光转换成右端输出的柱矢量光束，少模光纤的输出端与ccd相机对准，通过旋转检偏器的角度可以判断产生的柱矢量模式。
5、进一步地，所述少模光纤的纤芯/内包层/外包层直径分别为12.5/36/125μm。
6、进一步地，所述腐蚀后的少模光纤的包层直径为34μm。
7、进一步地，所述宽带柱矢量模式转换器的色散拐点具备波长可调谐性。
8、进一步地，所述输出的宽带柱矢量模式为
9、本发明还提供一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，所述方法包括：
10、步骤1：取一段约40cm长的少模光纤，将光纤中间部分的涂覆层剥去约5cm的长度，然后将剥好的少模光纤放入氧化物刻蚀液中进行腐蚀；
11、步骤2：将腐蚀后的少模光纤的腐蚀区域一端用紫外胶水固定于定制的铝锥尖端上，另一端用胶带固定于底座上，同时铝锥和压电陶瓷之间用胶水黏合，并将压电陶瓷固定在铜片上，将所取少模光纤的一端接在超连续光源上，另外一端的输出口接上一段单模光纤后并与光谱仪相接，最后将信号发生器接在压电陶瓷上，设置合适的频率和电压，在光谱仪上观测模式转换发生的波长和转化效率；
12、步骤3：将超连续光源替换成波长可调谐的窄线宽激光器，同时去掉末端的单模光纤和光谱仪，将声致光纤光栅的输出端切平并对准ccd，设定可调谐窄线宽激光器的输出波长，并在压电陶瓷上加载最佳的射频频率和电压后，通过旋转ccd相机前面的检偏器的角度可以确认其输出的柱矢量模式。
13、进一步地，所述氧化物刻蚀液为boe溶液，用49％hf溶液和40％nh4f水溶液按照体积比1:6配制而成。
14、进一步地，所述步骤1具体为：
15、取一段约40cm长的少模光纤，将光纤中间部分用剥线钳将涂覆层剥去约5cm的长度，并用无尘纸蘸取适量酒精擦拭裸露的光纤表面，将光纤的两端用双面胶固定在由聚四氟乙烯定制的光纤架上，使光纤呈“u”型悬挂状态。再将整个光纤架放置进由聚四氟乙烯定制的烧杯中，并量取约200ml缓冲氧化物刻蚀液缓慢倒入反应容器内进行腐蚀。
16、进一步地，所述可调谐窄线宽激光器的输出波长为1490nm，1520nm、1550nm、1570nm和1590nm。
17、进一步地，所述腐蚀后的少模光纤的直径分别为73μm、59μm、46μm、34μm、32μm、31μm。
18、本发明的技术效果：
19、本发明利用腐蚀后的少模光纤代替常规的环形光纤，不仅可以降低射频信号的频率，并且在1550nm处能够实现宽带模式转换。通过改变光纤的直径，使得aifg具备色散拐点可调谐的特征，提高了aifg器件在飞秒激光系统中的可用性。
20、本发明利用声致光纤光栅的偏振耦合特性可以取缔输出端的偏振控制器，通过轻微改变入射光偏振态即可实现柱矢量光束的选择输出与动态切换。这种方法大大缩短了实现柱矢量输出的时间。
21、本发明设计一种全新环形光纤的结构，并通过仿真验证其能在1550nm处实现宽带柱矢量光束的输出，由于tm01模式的拍长最小，与另外两种柱矢量模式之间的拍长差较大，且环形光纤支持柱矢量模式的退简并传输，所以用设计的环形光纤制备的声致光纤光栅器件将在单一宽带柱矢量生成及传输等方面具备更优异的性能。
1.一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器，其特征在于，包括可调谐窄带光源(1)、单模光纤(2)、偏振控制器(3)、未剥涂覆层的少模光纤(4)、胶带(5)、压电陶瓷(6)、铝锥(7)、腐蚀后的少模光纤(8)、少模光纤的输出端(9)、底板(10)、铜导线(11)、信号发生器(12)、检偏器(13)和ccd相机(14)；
2.根据权利要求1所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器，其特征在于，所述少模光纤(4)的纤芯/内包层/外包层直径分别为12.5/36/125μm。
3.根据权利要求1所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器，其特征在于，所述腐蚀后的少模光纤(8)的包层直径为34μm。
4.根据权利要求1所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器，其特征在于，所述宽带柱矢量模式转换器的色散拐点具备波长可调谐性。
5.根据权利要求1所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器，其特征在于，所述输出的矢量模式为
6.一种基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，其特征在于，所述方法包括：
7.根据权利要求6所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，其特征在于，所述氧化物刻蚀液为boe溶液，用49％hf溶液和40％nh4f水溶液按照体积比1:6配制而成。
8.根据权利要求6所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
9.根据权利要求6所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，其特征在于，所述可调谐窄线宽激光器的输出波长设为1490nm，1520nm、1550nm、1570nm和1590nm。
10.根据权利要求6所述的基于声致光纤光栅的宽带柱矢量模式转换器制备方法，其特征在于，所述腐蚀后的少模光纤的直径分别为73μm、59μm、46μm、34μm、32μm、31μm。
