CN106772786A - 一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤，自内而外依次包括第一芯层、第二芯层、第一包层、第二包层、第三包层和有机材料涂覆层；所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最大值为0.2％～1.2％，所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最小值为0.05％～0.6％；所述第二芯层与所述第三包层的相对折射率差为0.2％～1.2％；所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差为0％～1.1％。本发明通过在掺氟石英内包层处增加第二芯区的设计有效增加了光纤不支持模式的损耗，有利于光纤模式传输的稳定性，同时支持线偏振模式和轨道角动量模式(OAM模式)，通过调整光纤芯区的折射率分布以及第二芯层的设计能够调整该光纤中差分群时延。

Description

一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤
技术领域
本发明涉及光通信及相关传感器件技术领域，具体涉及一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤。
背景技术
光纤网络之上的数据通信继续按指数速率增长。为了满足这一需要，多路复用技术已经被发展为允许多个分散数据流共用相同的光纤，从而显著地增加每个光纤的通信量。
在光纤行业中当前的研究和发展主要集中在密集波分复用(DWDM)上，这是一种多路复用技术，其中多个数据通道被分配给某一运转带宽内的相应的波长。数据通道在单模光纤的基本(LP01)模式之上被结合用于传输，并且当它们到达各自目的地时被分别返回进入分离通道之内。
在基于DWDM的传输系统内，给定放大器带宽内的总容量被光谱效率所限制，光谱效率用于描述在给定数据速率下，当光纤受到非线性效应所带来的极端限制时，用于通信目的单个波长可以被间隔的紧密程度。利用日益复杂的算法可以增加光谱效率，但是带来带宽收益递减并且适度的改进不能满足指数增长的带宽需要，单模光纤中的DWDM的光谱效率将会接近它的理论极限。一种用于增加每个光纤容量的有前景的方法是模分复用，其中通过光纤引导的相应的多个光信号模提供。基于该技术具有能够显著地增加每个光纤传输容量的潜能，突破基于DWDM系统的非线性的限制。
目前，世界上的少模光纤技术主要针对光纤的群时延进行优化，但是随着模式数量的增多和传输距离的延长,系统需要光纤具备较高串扰来降低MIMO的计算复杂度,同时光纤还需要具备同时传输线偏振模式和轨道角动量模式的能力。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供了一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤，自内而外依次包括第一芯层、第二芯层、第一包层、第二包层、第三包层和有机材料涂覆层；
所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最大值为0.2％～1.2％，所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最小值为0.05％～0.6％；
所述第二芯层与所述第三包层的相对折射率差为0.2％～1.2％；
所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差为0％～1.1％。
在上述方案中，所述第一芯层分布幂指数为1.2～2.5；
在上述方案中，所述第一芯层的直径与所述第二芯层的直径比为1.1：4.0，所述第二芯层直径为16μm～30μm。
在上述方案中，所述第一包层的厚度为0.5μm～4μm,所述第二包层的厚度为2μm～12μm。
在上述方案中，所述第一包层、第二包层和第三包层的折射率为近似阶跃分布,所述第一包层的折射率大于或等于所述第二包层的折射率,所述第三包层的折射率小于或等于所述第一包层的折射率。
在上述方案中，所述有机材料涂覆层为双层丙烯酸树脂、聚酰亚胺、单层丙烯酸树或硅橡胶。
在上述方案中，所述少模光纤最大支持LP01、LP02、LP11、LP21、LP31五个线偏振模式,同时LP41等其他线偏振模式的截止波长小于1500nm,OAM±4模式的截止波长小于1500nm，
在上述方案中，所述少模光纤所支持模式的传输损耗在1550nm波长处小于0.20dB/km。
在上述方案中，所述少模光纤对除了LP01、LP02、LP11、LP21、LP31线偏振模式以及OAM0、OAM±1、OAM±2、OAM±3以外的其他模式每米损耗大于20dB。
在上述方案中，所述少模光纤模式间的多路径干涉MPI合大于-5dB/km。
本发明，采用比例系数小于零的反指数函数分布纤芯设计，纤芯的设计支持LP01与LP11，LP02,LP21,LP31线偏振模式以及OAM0,OAM±1,OAM±2,OAM±3,OAM±4,比例系数小于零的指数函数分布纤芯有效增大了模式与模式耦合,降低了长距离传输中的MIMO计算难度,光纤模式传输损耗小于0.20dB/km。
本发明，具有如下显著优点：
(1)同时支持线偏振模式和轨道角动量模式(OAM模式)。
(2)通过在掺氟石英内包层处增加第二芯区的设计有效增加了光纤不支持模式的损耗，有利于光纤模式传输的稳定性。
(3)通过调整光纤芯区的折射率分布以及第二芯层的设计能够调整该光纤中差分群时延。
附图说明
图1为本发明实施例中低损耗少模光纤的折射率剖面示意图；
图2为本发明实施例中低损耗少模光纤的纵截面示意图。
具体实施方式
为了方便理解本发明，首先将本发明涉及的专业术语集中定义如下：
芯层：居于光纤横截面的中心部分，是光纤的主要导光的区域；
包层：光纤横截面中紧邻芯层的环形区域；
相对折射率差:
ni和n0分别为各对应部分和相邻外侧包层在1550nm波长的折射率；
幂指数律折射率分布剖面：满足下面幂指数函数的折射率分布形态，其中，n1为光纤轴心的折射率,本专利中n1为△1min％对应的折射率；r为离开光纤轴心的距离；a为光纤芯半径；α为分布幂指数；Δ为芯/包相对折射率差；
r<a；本专利中A<0。
下面结合说明书和具体实施例对本发明做出进一步的说明。
如图1、图2所示，本发明提供的一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤，自内而外依次包括第一芯层1、第二芯层2、第一包层3、第二包层4、第三包层5和有机材料涂覆层。所述少模光纤最大支持LP01、LP02、LP11、LP21、LP31五个线偏振模式,同时LP41等其他线偏振模式的截止波长小于1500nm,OAM±4模式的截止波长小于1500nm，且所支持模式的传输损耗在1550nm波长处小于0.20dB/km。少模光纤对除了LP01、LP02、LP11、LP21、LP31线偏振模式以及OAM0、OAM±1、OAM±2、OAM±3以外的其他模式每米损耗大于20dB。少模光纤模式间的多路径干涉MPI合大于-5dB/km。
其中，第一芯层1与第一包层3的相对折射率差最大值Δ1％max为0.2％～1.2％，第一芯层1与第一包层3的相对折射率差最小值Δ1％min为0.05％～0.6％,且第一芯层1的分布幂指数α为1.2～2.5,第二芯层2与第三包层3的相对折射率差Δ2％为0.2％～1.2％；第一包层3与第二包层4的相对折射率差Δ3％为0％～1.1％。
第一包层3、第二包层4和第三包层5的折射率为近似阶跃分布,第一包层3的折射率大于或等于第二包层4的折射率,第三包层5的折射率小于或等于第一包层3的折射率。
第一芯层1的直径D1与第二芯层2的直径D2比为1.1：4.0，第二芯层直径D2为16μm～30μm。第一包层3的厚度T1为0.5μm～4μm,第二包层4的厚度T2为2μm～12μm。
少模光纤有机材料涂覆层为双层丙烯酸树脂、聚酰亚胺、单层丙烯酸树、硅橡胶其中之一。
以下为几种典型的实施例以及检测数据：
通过上表中的测试，本发明提供的一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤,特点是能够同时支持线偏振模式和轨道角动量模式,模式间的耦合较强,有利于MIMO算法简化。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤，其特征在于，自内而外依次包括第一芯层、第二芯层、第一包层、第二包层、第三包层和有机材料涂覆层；
所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最大值为0.2％～1.2％，所述第一芯层与所述第一包层的相对折射率差最小值为0.05％～0.6％；
所述第二芯层与所述第三包层的相对折射率差为0.2％～1.2％；
所述第一包层与所述第二包层的相对折射率差为0％～1.1％。
2.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述第一芯层分布幂指数为1.2～2.5。
3.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述第一芯层的直径与所述第二芯层的直径比为1.1：4.0，所述第二芯层直径为16μm～30μm。
4.如权利要求2所述的少模光纤，其特征在于，所述第一包层的厚度为0.5μm～4μm,所述第二包层的厚度为2μm～12μm。
5.如权利要求3所述的少模光纤，其特征在于，所述第一包层、第二包层和第三包层的折射率为近似阶跃分布,所述第一包层的折射率大于或等于所述第二包层的折射率,所述第三包层的折射率小于或等于所述第一包层的折射率。
6.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述有机材料涂覆层为双层丙烯酸树脂、聚酰亚胺、单层丙烯酸树或硅橡胶。
7.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述少模光纤最大支持LP01、LP02、LP11、LP21、LP31五个线偏振模式,同时LP41等其他线偏振模式的截止波长小于1500nm,OAM±4模式的截止波长小于1500nm。
8.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述少模光纤所支持模式的传输损耗在1550nm波长处小于0.20dB/km。
9.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述少模光纤对除了LP01、LP02、LP11、LP21、LP31线偏振模式以及OAM0、OAM±1、OAM±2、OAM±3以外的其他模式每米损耗大于20dB。
10.如权利要求1所述的少模光纤，其特征在于，所述少模光纤模式间的多路径干涉MPI合大于-5dB/km。
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