[發明專利]軌道角動量摻鉺光纖和光纖放大器

在審

• 申請號: 202210191575.0
• 申請日: 2022-02-28
• 公開（公告）號: CN114640012A
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 張虎;王嘉琪;方松科;張曉光;席麗霞;張文博;馮海霞;柏子文
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;G02B6/02;G02B6/036;H04B10/25;H04B10/291
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 周治宇

本發明提供一種軌道角動量摻鉺光纖和光纖放大器，軌道角動量摻鉺光纖包括由內至外依次包裹的內包層、環形纖芯和外包層，內包層開設有中心空氣孔和多個內層空氣孔，多個內層空氣孔圍繞中心空氣孔呈環形均勻排布；環形纖芯內均勻摻雜鉺離子；外包層開設有多個外層空氣孔，多個外層空氣孔圍繞環形纖芯呈環形均勻排布。本發明的軌道角動量摻鉺光纖，通過設置內層空氣孔和外層空氣孔，能夠很好地限制光場分布于環形纖芯區域，實現低差分模增益放大；無需通過摻雜等方式改變環形纖芯和包層的有效折射率差，環形纖芯采用單層鉺離子均勻摻雜，與其他多層摻雜及調控摻雜分布相比，采用單材料就可實現軌道角動量模式傳輸，降低拉制難度，制造工藝簡單。

技術領域

本發明涉及光纖通信技術領域，尤其涉及一種軌道角動量摻鉺光纖和光纖放大器。

背景技術

現如今，人們對數據流媒體的巨大需求，催生了移動互聯網、云計算、大數據、物聯網等的快速發展，從而也導致了網絡容量的局限越來越明顯。基于單根單模光纖的通信已逼近其容量極限100Tbit/s，對應于摻鉺光纖放大器的通信中的C+L波段，而通信容量需求仍然以每四年10倍的速率在增加。因此，增加通信系統的信息容量是光通信領域一個亟待解決的問題。增加通信系統的信息容量，就是利用光束的不同自由度和維度提升通信的容量。一般來說，光波的物理維度包括頻率(波長)、復振幅(幅度和相位)、時間、偏振以及空間(橫截面空間分布)，波分復用、高階正交幅度調制、時分復用以及偏分復用技術則分別是對光束波長、幅度和相位、時間以及偏振的應用。然而，這些已有的技術已經基本達到了它們的擴展極限。

空分復用利用光束的空間維度提升通信容量，是突破目前基于單根單模光纖通信系統由于非線性效應導致的容量瓶頸最有前途的技術之一。模分復用是空分復用的一種，基于少模光纖的模分復用，由于光纖中各模式的傳輸常數非常接近，模式耦合嚴重，接收端需要復雜的多輸入多輸出數字信號處理算法來進行信號恢復，增加了系統的復雜度和成本。為了實現接收端不引入或減少復雜的多輸入多輸出算法，最佳選擇是使用模式間擁有大折射率差(大于10^-4)的軌道角動量光纖。軌道角動量光束指的是攜帶有空間相位因子的渦旋光束，其中l為拓撲荷數，為方位角。不同的軌道角動量模式具有不同的空間相位分布，且各模式之間相互正交，這為復用技術提供了一個新的空間復用維度，豐富的拓撲荷數值可大大擴展通信的總傳輸容量。基于軌道角動量模式復用的100公里長傳輸系統已得到驗證。

光纖放大器是保證光通信系統實現長距離傳輸的關鍵器件，針對多通道軌道角動量模式放大，希望可以實現所有軌道角動量模式的增益均衡。但是，現有制造光纖放大器的軌道角動量摻鉺光纖不同模式間的折射率分離度小，不同模式的場分布與鉺離子摻雜區域的重疊積分不能同時匹配，造成軌道角動量摻鉺光纖放大器支持的放大模式數少、模式階次低，工藝和結構復雜，增益低，噪聲指數高，不能滿足軌道角動量模式復用光纖通信的需求。

發明內容

本發明提供一種軌道角動量摻鉺光纖和光纖放大器，用以解決現有技術中軌道角動量摻鉺光纖不同模式間的折射率分離度小，不同模式的場分布與鉺離子摻雜區域的重疊積分不能同時匹配，造成軌道角動量摻鉺光纖放大器支持的放大模式數少、模式階次低，工藝和結構復雜，增益低，噪聲指數高，不能滿足軌道角動量模式復用光纖通信需求的缺陷，實現低差分模增益的軌道角動量摻鉺光纖和光纖放大器。

本發明提供一種軌道角動量摻鉺光纖，包括：由內至外依次包裹的內包層、環形纖芯和外包層，所述內包層開設有中心空氣孔和多個內層空氣孔，多個所述內層空氣孔圍繞所述中心空氣孔呈環形均勻排布；所述環形纖芯內均勻摻雜鉺離子；所述外包層開設有多個外層空氣孔，多個所述外層空氣孔圍繞所述環形纖芯呈環形均勻排布。

根據本發明提供的軌道角動量摻鉺光纖，多個所述外層空氣孔環形排布形成多圈外側空氣孔層。

根據本發明提供的軌道角動量摻鉺光纖，所述內層空氣孔均與所述環形纖芯的內環相切，靠近所述環形纖芯的所述外層空氣孔與所述環形纖芯的外環相切。