CN102904641B - 一种基于少模光纤的通信系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于少模光纤的通信系统，包括少模光纤、单模光纤、光发射机和光接收机，所述光发射机经单模光纤与少模光纤一端相连，少模光纤另一端经单模光纤与光接收机相连；所述少模光纤由于具有低弯曲损耗和与普通单模光纤匹配的模场直径，因此该光纤通信系统能够实现宽范围的单模传输。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及由具有低弯曲损耗特性的少模光纤组成的光纤通信系统。
背景技术
为满足光纤到户的应用需要，ITU-T提出了G.657标准光纤。符合G.657标准的光缆可以像铜缆一样，沿着建筑物内很小的拐角安装，因此非专业的技术人员也可以掌握施工的方法。弯曲不敏感光纤主要有三种类型：阶跃折射率剖面光纤[J. Lightwave Technol., 2005,23(11):3494 ]、包层带凹槽折射率分布光纤[如专利号为ZL200610024532.4的发明专利：具有波导结构的弯曲不敏感光纤，专利号为ZL200410061392.9的发明专利：弯曲不敏感光纤及其制备方法]和基于微结构的弯曲不敏感光纤[Opt. Express, 2005, 13(12):4770]。但为了降低光纤的弯曲损耗，都采用了减小光纤的模场直径，这就导致光纤与普通单模光纤之间连接时，模场容易出现不匹配，且前两种光纤的弯曲损耗仍较大。
发明专利“一种双模光纤及其通信系统（201010589018.1）”，提出一种双模光纤及其通信系统，通过允许光纤传输高阶模的方法，实现低弯曲损耗和与单模光纤低损耗连接的目的。但其弯曲损耗仍不够低。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的是提出一种采用少模光纤与单模光纤组合的方法，实现单模的低弯曲损耗传输的光纤通信系统。
本发明的的技术方案是：包括少模光纤、单模光纤、光发射机和光接收机，所述光发射机经单模光纤与少模光纤一端相连，少模光纤另一端经单模光纤与光接收机相连。
所述少模光纤的纤芯与包层折射率差nclad-ncore取值范围为0.0065~0.012，纤芯半径r的取值范围为4.4~6.4 μm，其中：nclad为包层折射率，ncore为纤芯折射率，r为纤芯半径；在1310 nm波长时，所述少模光纤的模场直径M的取值范围在8.6~9.5 μm之间；所述少模光纤在波长为1.26 μm时的归一化频率V=3.83~7.02；所述少模光纤与单模光纤连接的横向错位小于1.5 μm。
本发明的有益效果：利用少模光纤的纤芯与包层之间具有高折射率差的特点，实现超低弯曲损耗传输；同时由于纤芯直径足够大，使光纤具有大的模场直径。少模光纤的基模可以在弯曲半径为5mm时仍然具有低的弯曲损耗，其结构简单，制作工艺成熟。
少模光纤的模场直径满足标准单模光纤G.652光纤的标准要求。因此，通信系统中少模光纤与普通单模光纤连接时，由于两者的基模模场直径（面积）相似，因此两者的连接损耗较小。而少模光纤的高阶模（即LP11模、LP21模和LP02模）与单模光纤的基模的模场分布满足正交性，因此，少模光纤的高阶模与单模光纤的基模不容易发生能量耦合。从而，使少模光纤以单模方式工作。由于纤芯与包层折射率差大，其基模与高阶模之间的有效折射率差也大，因此，在传输过程中，基模能够比较独立地传输，而不容易与高阶模发生能量转换。
附图说明
图1 光纤通信系统示意图；
图2在模场直径要求为9微米时，纤芯与包层折射率差nclad-ncore与纤芯半径的关系曲线；
图3少模光纤的基模的弯曲损耗；
图4单模光纤的基模耦合到少模光纤的高阶模的连接损耗随横向错位的变化曲线。
具体实施方式
对于普通阶跃型单模光纤，若要降低其弯曲损耗，最直接的方法是增大其纤芯与包层的折射率差。但由于包层束缚能力变强，也会导致其基模模场面积的减小。而这样就导致改进后的光纤与普通单模光纤的连接损耗会增大。为此，就需要增大纤芯直径，以增大光纤的模场面积。这样就必然导致其归一化频率V值的增大，从而出现高阶模。
为了与普通单模光纤实现有效的连接，要求少模光纤的基模的模场直径与单模光纤相差较小。两种光纤的连接损耗可由下面公式得到：
其中w SMF 和w DMF 分别为单模光纤和少模光纤的模场直径。显然，少模光纤的模场直径与单模光纤相近时其连接损耗会较小。因此，根据普通单模光纤的模场直径特点(如G652光纤在1310 nm的模场直径M要求为8.6~9.5 μm)，要求在1310 nm波长时，少模光纤的模场直径M的取值范围为8.6~9.5 μm之间。
对于阶跃型光纤而言，其传输模式数量由归一化频率大小决定：
其中，，, 分别为光纤的纤芯半径，光波长，纤芯折射率和包层折射率。由光纤理论，对单模光纤而言，其传输模式数量V值在工作波长范围内均应小于2.405。少模光纤的V值在工作波长范围总是大于等于3.83，即在1.26μm波长，少模光纤可以传输基模（LP-01模）、高阶模LP11、LP-21和LP-02等模式。由于可以取更大的V值，因而，其纤芯与包层折射率差可以更大，从而更容易获得低弯曲损耗传输。值得注意的是，特别是具有轴对称特点的更高阶的高阶模，如LP03，LP04等模式，仍然可能会与光纤的基模产生较大的耦合。为了避免光纤中可传输的模式过多，要求光纤不能传输LP03模及更高阶模式。因此，归一化频率V值应小于7.02（即LP-03模的截止频率）。
如图1所示，由这种少模光纤组成的光纤通信系统包少模光纤、单模光纤、光发射机和光接收机，少模光纤两端分别连接单模光纤，单模光纤另一端分别连接光发射机和光接收机。光信号从光发射机出来后须先输入到单模光纤，然后再进入少模光纤；光信号从少模光纤输出后，先进入单模光纤，然后再连接至光接收机。少模光纤可以由多段少模光纤连接组成，同样，单模光纤之间也可以互相连接，均不会影响少模光纤的等效单模传输。
图2给出了当要求光纤在1.31μm波长时的模场直径为9μm时，少模光纤的纤芯半径r和纤芯与包层折射率差nclad-ncore的关系曲线。由图可见，要获得相同的模场直径，纤芯半径越大，要求纤芯与包层折射率差nclad-ncore也越大。
图3为在弯曲半径为5mm时，少模光纤的模场直径取为9微米(波长1.31微米处)时，光纤基模的弯曲损耗曲线。可见，纤芯与包层折射率差nclad-ncore越大，其弯曲损耗也就越低。由图2、图3可知，要获得低弯曲损耗传输，纤芯半径r和纤芯与包层折射率差nclad-ncore都要比较大。少模光纤的纤芯与包层折射率差nclad-ncore取值范围为0.0065~0.012，纤芯半径r的取值范围为4.4~6.4 μm。在此范围下，光纤的弯曲损耗可以满足G.657.B3标准，其弯曲损耗甚至可以远小于G.657.B3标准，同时，其模场面积能够满足G.652光纤，即普通单模光纤的标准。从而可以实现与普通单模光纤的低损耗连接。由于纤芯与包层折射率差更大，因此，少模光纤比双模或单模阶跃光纤具有更低的弯曲损耗。由于纤芯与包层折射率差nclad-ncore要和纤芯尺寸r相匹配，才可以获得满足要求的模场面积，而纤芯尺寸过大，会导致要求纤芯与包层折射率差nclad-ncore也很大，这就使得光纤的归一化频率V值很大，导致光纤中出现更多的高阶模，不利于光纤的单模传输，另一方面，纤芯与包层折射率差nclad-ncore过大也会导致少模光纤与普通单模光纤之间折射率的不匹配，从而导致其连接损耗的增大。因此，少模光纤的参数需在上述规定范围内。
少模光纤与单模光纤连接时要求尽量减少光纤之间的横向错位，一般要求小于1.5 μm，此时单模光纤的基模与少模光纤的高阶模之间的耦合效率一般小于10%，即当光信号从单模光纤进入少模光纤时，约有10%的能量为转换为少模光纤的高阶模，而当光从少模光纤输出，进入单模光纤时，又仅有1%的高阶模被转化为单模光纤的基模，因此，最终转化为单模光纤中的基模的能量中将仅有约1%的能量来自高阶模。
虽然少模光纤存在高阶模如LP11、LP-02和LP21模，但实际上这些模式均不容易在光纤连接与光纤基模发生能量转移。图4为单模光纤的基模耦合到少模光纤的高阶模的连接损耗随横向错位的变化曲线。可见，由于模场与基模模场比较相似，在无横向错位时，LP-02模的连接损耗最小，但仍然在25 dB以上。且在横向错位小于1.5 μm时，其连接损耗都大于20 dB。因此，在本发明的少模光纤参数下，其LP02模与基模的耦合效率低，使得系统仍然可以实现单模传输。对于LP11、LP-02和LP21模，对横向错位在小于1.5 μm时，基模与高阶模的连接损耗都大于10 dB。当光从少模光纤进入单模光纤时，情况相似。因此，即使存在这些高阶模，由于它们与基模的正交性，仍然可以使其与基模的耦合效率非常低。
实施例：
光纤为普通阶跃型石英光纤，光纤包层采用纯石英，纤芯采用掺杂的石英。纤芯半径为5.25 μm，纤芯与包层折射率差nclad-ncore=0.0105，在1.31 μm波长时，其模场直径为9微米。在1.26μm波长时，光纤可传输LP11、LP-02和LP21模三种高阶模。在1.55 μm波长时，光纤的弯曲半径为5 mm时，其弯曲损耗小于0.07 dB/m。
以上光纤可采用与普通单模光纤相同的制作工艺实现。
上述附图仅为说明性示意图，并不对本发明的保护范围形成限制。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
Claims (3)
1.一种基于少模光纤的通信系统，包括少模光纤、单模光纤、光发射机和光接收机，其特征在于：所述光发射机经单模光纤与少模光纤一端相连，少模光纤另一端经单模光纤与光接收机相连；所述少模光纤的纤芯与包层折射率差nclad-ncore取值范围为0.0065～0.012，纤芯半径r的取值范围为4.4～6.4μm，其中：nclad为包层折射率，ncore为纤芯折射率，r为纤芯半径；在1310nm波长时，所述少模光纤的模场直径M的取值范围在8.6～9.5μm之间。
2.根据权利要求1所述的一种基于少模光纤的通信系统，其特征在于：所述少模光纤在波长为1.26μm时的归一化频率V＝3.83～7.02。
3.根据权利要求1所述的一种基于少模光纤的通信系统，其特征在于：所述少模光纤与单模光纤连接的横向错位小于1.5μm。
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Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103698843B (zh) * | 2013-12-18 | 2016-09-14 | 江苏大学 | 一种低简并度少模光纤 |
| CN103712575B (zh) * | 2014-01-08 | 2016-08-17 | 天津大学 | 光学的弯曲曲率测试方法及传感器 |
| CN103928829B (zh) * | 2014-04-17 | 2016-08-17 | 吉林大学 | 一种基于少模光纤布拉格光栅的高阶模获取装置 |
| CN104503039B (zh) * | 2014-12-30 | 2016-08-24 | 中国科学院半导体研究所 | 一种直调式InP基单片集成少模光通信发射器芯片 |
| CN105928549B (zh) * | 2016-06-03 | 2018-06-05 | 南京邮电大学 | 基于级联少模光纤的多物理量有源光纤传感器及传感方法 |
| CN106289600A (zh) * | 2016-09-21 | 2017-01-04 | 江苏大学 | 一种光纤应力传感器件 |
| CN106597603B (zh) * | 2016-10-18 | 2019-12-31 | 国网江西省电力公司信息通信分公司 | 一种新型少模光纤 |
| CN106500740B (zh) * | 2016-10-21 | 2019-03-01 | 天津理工大学 | 一种基于磁场和温度的双参量光纤传感器及其制备方法 |
| CN106404216A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-15 | 燕山大学 | 折射率不敏感的级联型单模‑少模‑单模光纤温度传感器 |
| CN110515159B (zh) * | 2019-08-15 | 2020-06-02 | 华中科技大学 | 基于光纤端面微结构的LP01-LPmn全光纤模式转换器及其制备方法 |
| CN112366502A (zh) * | 2020-11-06 | 2021-02-12 | 南京理工大学 | 用于干涉测量的单横模线偏振态大发散角激光光源 |
| CN113783317B (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-15 | 北京邮电大学 | 基于少模光纤的能信共传系统和方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5983018A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光フアイバ振動測定方法 |
| US6418256B1 (en) * | 1999-02-23 | 2002-07-09 | Lasercomm, Inc. | High order spatial mode optical fiber |
| CN1901417A (zh) * | 2005-04-14 | 2007-01-24 | 古河电子北美公司 | 用于传输高功率短脉冲的光纤系统 |
| CN101809475A (zh) * | 2007-09-26 | 2010-08-18 | Imra美国公司 | 玻璃大芯径光纤 |
| WO2011094400A2 (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-04 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Optical transmission using few-mode fibers |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070206910A1 (en) * | 2006-03-04 | 2007-09-06 | Siddharth Ramachandran | Optical fibers and optical fiber devices with total dispersion greater than material dispersion |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5983018A (ja) * | 1982-11-04 | 1984-05-14 | Furukawa Electric Co Ltd:The | 光フアイバ振動測定方法 |
| US6418256B1 (en) * | 1999-02-23 | 2002-07-09 | Lasercomm, Inc. | High order spatial mode optical fiber |
| CN1901417A (zh) * | 2005-04-14 | 2007-01-24 | 古河电子北美公司 | 用于传输高功率短脉冲的光纤系统 |
| CN101809475A (zh) * | 2007-09-26 | 2010-08-18 | Imra美国公司 | 玻璃大芯径光纤 |
| WO2011094400A2 (en) * | 2010-01-27 | 2011-08-04 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | Optical transmission using few-mode fibers |
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