[發明專利]一種基于橢圓芯的大容量超模光纖

有效

• 申請號: 202110789663.6
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113917595B
• 公開（公告）日: 2023-09-22
• 發明（設計）人: 楊志群;孫宏林;王序濤;張林
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李麗萍

本發明公開了一種基于橢圓芯的大容量超模光纖，該光纖包括包層和n個纖芯，所述包層包圍所有纖芯的外周面，所述纖芯為少模纖芯；所述纖芯為橫截面是橢圓形狀的橢圓纖芯，所述光纖為少模的超模結構光纖。所述橢圓纖芯長短軸的大小以及纖芯的材料不同。所述橢圓纖芯內，相鄰階模群內模式簡并度為10supgt;?4/supgt;量級，相鄰模群間模式簡并度為10supgt;?3/supgt;量級。旨在使得同一模群內與單模超模光纖類似為強耦合的同時實現相鄰模群間為弱耦合，既可以保留超模結構的優勢又得以最大限度提升通信容量。

技術領域

本發明涉及一種光纖，尤其涉及一種大容量超模光纖。

背景技術

傳統的單模傳輸系統已無法滿足日益增長的通信容量需求，基于少模光纖和多芯光纖的空分復用(SDM)技術被認為是解決容量危機的有效途徑，相關研究和工作的進展也十分迅速。

少模光纖中，每個模式都是一個單獨的信道，如今少模光纖發展迅速，支持的模式數也在不斷增加，使得通信容量進一步得以提升，但非簡并模式間的有效折射率差距較大，在長距離傳輸過程中由于較大的差分群時延(DMGD)和模式相關損耗(MDL)，使得DSP復雜度大幅增加，難以實現實時傳輸。傳統的多芯光纖是在較大的包層內承載多個單模纖芯，實現傳輸容量的倍增，但由于單芯的有效模場面積相較于普通單模沒有提升甚至因為通信需求會更小，使得長距離傳輸下各信道的非線性效應未得到改善。少模光纖與多芯光纖的結合及芯間弱耦合的多芯光纖在容量提升上的確有很大的潛力(如19芯×6模)。因單芯中模式的耦合串擾，需在接收端用DSP算法進行均衡，計算復雜度巨大，目前的空分復用系統也都是離線完成。計算復雜度與M和模式群時延(DMGD)相關，所以需要大幅降低DMGD來實現長距離、大容量實時傳輸。目前，減小芯間模式耦合，同時增大芯內模式間耦合被認為是降低DMGD從而降低DSP復雜度的最有效方式。超模光纖是強耦合光纖中的重要類型。所謂超模，是指在多芯光纖中，當芯間耦合較強時，由于模場嚴重交疊而形成的區別于光纖本征模式的一組特殊模式。在強耦合多芯光纖(超模光纖)中，可以通過減小芯間距離等設計，使各個超模間的有效折射率差(即模式簡并度)顯著減小，在彎曲或其他擾動作用下，使模式間滿足相位匹配，進而發生強耦合。相較于少模光纖，超模光纖具有(1)模式間強耦合、(2)模間低DMGD和(3)大有效模場面積和低非線性。

發明內容

基于現有的超模理念，結合目前多芯少模光纖結構和每個芯為單模的超模結構(單模超模光纖)，本發明提出一種基于橢圓芯的大容量超模光纖，每個芯為少模的超模結構光纖(少模超模光纖)，旨在使得同一模群內與單模超模光纖類似為強耦合的同時實現相鄰模群間為弱耦合，既可以保留超模結構的優勢又得以最大限度提升通信容量。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于橢圓芯的大容量超模光纖，該光纖包括包層和n個纖芯，所述包層包圍所有纖芯的外周面，所述纖芯為少模纖芯；所述纖芯為橫截面是橢圓形狀的橢圓纖芯，所述光纖為少模的超模結構光纖。

進一步講，本發明所述的基于橢圓芯的大容量超模光纖，其中：

所述橢圓纖芯長短軸的大小以及纖芯的材料不同。

所述橢圓纖芯內，相鄰階模群內模式簡并度Δn_eff1為10^-4量級，相鄰模群間模式簡并度Δn_eff2為10^-3量級。

每個纖芯內傳輸模式數為兩模；所述橢圓纖芯的長軸a的數值范圍是1μma50μm，所述橢圓纖芯的短軸b的數值范圍是1μmb50μm，且a不等于b；相鄰橢圓纖芯的中心點距離d的數值范圍是0.1μmd50μm；所述包層的半徑r_cl的數值范圍是50μmr_cl300μm，芯包的相對折射率差Δn_co的數值范圍為0.1％Δn_co5％。