[發明專利]一種階躍型超低衰減少模光纖

有效

• 申請號: 201710839861.2
• 申請日: 2017-09-18
• 公開（公告）號: CN107608023B
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 周紅燕;吳俊;王瑞春;汪洪海;張磊;朱繼紅;張名凱
• 申請（專利權）人: 長飛光纖光纜股份有限公司
• 主分類號: G02B6/028
• 分類號: G02B6/028;G02B6/036
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 胡建平

本發明涉及一種階躍型超低衰減少模光纖，包括有芯層和包層，芯層半徑r1為5～8μm，相對折射率差Δn1為0～0.20％，芯層外從內向外依次包覆內包層、下陷內包層、輔助外包層和外包層，內包層半徑r2為8.5～14μm，相對折射率差Δn2為?0.45～?0.23％，下陷內包層半徑r3為14.5～30μm，相對折射率差Δn3為?0.65～?0.40％，輔助外包層半徑r4為35～50μm，相對折射率差Δn4為?0.45～?0.23％，外包層為純二氧化硅玻璃層。本發明的少模光纖在1550nm通訊波段支持兩個穩定傳輸模式均具有超低的衰減，通過對光纖各纖芯層剖面的合理設計，使光纖具有較低的差分模群時延和優異的抗彎曲性能，且具較大有效面積。

技術領域

本發明涉及一種階躍型超低衰減少模光纖，適用于光纖通信的模分復用傳輸系統，其在1550nm通訊波段支持兩個穩定傳輸模式。

背景技術

單模光纖由于其傳輸速率快，攜帶信息容量大，傳輸距離遠等優點，被廣泛地應用于光纖通信網絡之中。而近年來，隨著通信及大數據業務對容量的需求與日俱增，網絡帶寬快速擴張，光傳輸網絡的容量正逐步接近單根光纖的香農極限：100Tb/s。空分復用和模分復用技術可以打破傳統的香農極限，實現更高帶寬的傳輸，是解決傳輸容量問題的最好方法。支持此復用技術的光纖即多芯光纖和少模光纖。

實驗表明，使用少模光纖結合MIMO技術能夠在一個以上的空間傳播模式下傳輸信號。并且MIMO技術能夠補償模式間的相互耦合，在接收端將各個空間模式分離開來。在波動光學中，根據階躍型光纖的模式理論，芯層和包層的半徑尺寸以及折射率分布大小直接影響光纖中的線偏振模傳輸模式數目，此特性可以用歸一化頻率V來量化：其中a₁是芯層半徑，n₁是芯層折射率，n₂是包層折射率。當光纖波導設計滿足歸一化頻率V＜2.405的條件時，僅支持線偏振模LP01(也即HE11模)，就是我們經常提到的常規單模光纖；一旦V＞2.405光纖中傳輸模式會出現不止一個的高階傳輸模HOM。因為我們通過對剖面結構進行設計(即改變a1,△1，△2等的值)從而適當控制歸一化頻率的值在一定范圍，可以設計出支持指定數目個模式傳輸的少模光纖。如，當2.405＜V＜3.8，支持2個LP模式(LP01，LP11)；3.8＜V＜5.1，則支持4個LP模式(LP01，LP11,LP21，LP02)。

美國專利US8948559、US8848285、US8837892、US8705922以及中國專利CN104067152、CN103946729等提出了拋物線型或階躍型剖面的少模光纖，但它們各自存在優缺點。具有階躍型剖面的少模光纖制造工藝簡單，易于實現大批量生產，但其通常具有較大的DGD，甚至高達幾千ps/km【S.Matsuo,Y.Sasaki,I.Ishida,K.Takenaga,et al.,“Recent Progress on Multi-Core Fiber and Few-Mode Fiber”OFC 2013,OM3I.3(2013)】。拋物線型剖面的少模光纖有更多的可調節參數從而使得模間串擾和DGD均達到很低的水平，但其制備工藝復雜，alpha參數難以精確均勻地控制，可重復性不高。且折射率剖面沿預制棒軸向上的微小波動就能造成光纖不同段長處DGD的明顯變化。為了克服上述問題，需要發明一種少模光纖，其具有較小的DGD而且能夠通過簡單的工藝進行重復性制備。

另一方面，隨著光放大技術的進一步發展，光纖通信系統正向著更高傳輸功率和更長傳輸距離的方向發展。作為光纖通信系統中的重要傳輸媒質，光纖的相關性能也必須有進一步的提升，以滿足光纖通信系統實際發展的需要。衰減和模場直徑是單模光纖的兩個重要的性能指標。光纖的衰減越小，光信號在這種媒質中的傳輸距離越長，光通信系統的無中繼距離也越長，從而能顯著減少中繼站數量，在提高通信系統可靠性的同時使得建設和維護成本大幅降低；光纖的模場直徑越大，有效面積就越大，則其非線性效應就越弱。大有效面積可以有效地抑制自相位調制、四波混頻、交叉相位調制等非線性效應，保證高功率光信號的傳輸質量。降低衰減和增大有效面積可以有效地提高光纖通信系統中的光信噪比，進一步提高系統的傳輸距離和傳輸質量。