CN106886071A

CN106886071A - 一种本征模完全分离的退简并多模光纤

Info

Publication number: CN106886071A
Application number: CN201710178746.5A
Authority: CN
Inventors: 王健; 陈诗
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2017-03-23
Publication date: 2017-06-23
Anticipated expiration: 2037-03-23
Also published as: CN106886071B

Abstract

本发明涉及一种本征模完全分离的退简并多模光纤。该退简并多模光纤包括双折射纤芯、应力区和包层。双折射纤芯提供形状结构双折射，采用椭圆纤芯或椭圆环形纤芯结构。应力区提供应力附加双折射，采用圆形(熊猫型)或扇环(领结型/蝴蝶型)结构。形状结构双折射和应力附加双折射相叠加，使得支持多通道本征模同时实现所有本征模间有效折射率差皆大于1×10^‑4，实现所有本征模完全分离和退简并。本发明增加了光纤退简并本征模数目，降低了本征模间串扰，可用于光纤多通道本征模复用通信且无需使用多进多出数字信号处理技术。本发明提供的本征模完全分离的退简并多模光纤，基于熊猫型、领结型/蝴蝶型、椭圆芯保偏光纤和环形光纤制作工艺，便于实际拉制。

Description

一种本征模完全分离的退简并多模光纤

技术领域

本发明属于光通信领域，涉及一种本征模完全分离的退简并多模光纤。

背景技术

研究表明，随着信息爆炸和大数据时代的到来，互联网数据流量每年约增长60％，根据这一趋势，社会信息总量在今后10～30年内预计将增长2～4个数量级。高速大容量是光通信永恒的发展主题。然而，现有的提高光通信容量的各种复用技术(如波分复用技术、时分复用技术和偏振复用技术等)以及先进高级调制技术已接近其容量极限，光通信出现新容量危机。为了进一步提高光通信系统的容量，利用光波空间维度资源的空分复用技术近年来吸引了越来越多的关注，其可以实现光通信可持续扩容，有望解决光通信新容量危机。

空分复用技术利用光波的空间维度，包括基于多芯光纤的多芯复用技术，基于少模光纤、多模光纤、环形光纤的模分复用技术，以及基于多芯少模光纤、多芯多模光纤的多芯模分复用技术。其中，模分复用技术是指将不同的正交空间模式，比如线偏(LP)模式和轨道角动量(OAM)模式等空间模式基，作为不同的传输信道载体，携带不同的数据信息，通过空间复用传输有效提升光通信容量和频谱利用效率。然而，目前已经报道的大多数模分复用技术所采用的模式通道数较少，且模式之间串扰较大，这使得在使用模分复用技术时需要同时辅助以多进多出数字信号处理(MIMO-DSP)技术来缓解模式串扰的影响，这增加了光通信系统的复杂度和成本。特别地，当模分复用模式通道数目增多时，模式之间的串扰越发严重，需要更大规模的MIMO-DSP技术辅助实现模分复用，MIMO-DSP的复杂度随着通道数目的增多急剧的增加，这严重制约了多通道模分复用技术的发展。

事实上，目前应用于光纤模分复用技术的LP模式和OAM模式等，本质上都是由光纤中的本征模线性叠加而成，而光纤本征模本身也是相互正交且可以作为一个空间模式基，因此，除了基于LP模式和OAM模式的模分复用技术，基于光纤本征模本身也可以进行模分复用，使用光纤本征模更加直接。与此同时，模分复用技术，也包括基于光纤本征模的模分复用技术，希望模式通道数越多越好，模式间串扰越低越好。多通道模式复用可以更有效提升光通信容量和频谱利用效率。低模式串扰模式复用可以避免使用MIMO-DSP技术，类似低串扰波分复用技术那样，有效降低模式复用复杂度。然而，大多数光纤中支持的模式都存在简并现象。比如：弱导少模光纤和多模光纤中，构成LP模式的本征模有效折射率近乎相等(LP₁₁模式由TM₀₁、TE₀₁、HE₂₁奇和HE₂₁偶构成)，模式四重简并。普遍认为，当光纤中支持的相邻模式间有效折射率差大于1×10^-4时，认为模式发生分离(模式退简并)，有些类似保偏光纤，模式间的串扰较低，在模式复用传输时可以忽略模式间的串扰，可以实现低模式串扰的模式复用。比如：高折射率环形光纤中，本征模式HE、EH、TE、TM间有效折射率差可以大于1×10^-4实现分离，不过，HE模式的奇模和偶模以及EH模式的奇模和偶模仍然为两重简并模式，有效折射率近乎相等，未能实现所有本征模(含奇模和偶模)完全分离和退简并。再比如，对于一些保偏光纤(熊猫型、领结型或蝴蝶型应力双折射保偏光纤和椭圆纤芯保偏光纤)，虽然也可以实现模式分离，但模式通道数较少，且难以实现所有本征模完全分离。这些都无法满足多通道低串扰模式复用的需求。在此背景下，迫切需要设计一种可以支持多通道模式且所有本征模完全分离的退简并多模光纤。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种本征模完全分离的退简并多模光纤，用于直接基于光纤本征模复用的模分复用传输领域，解决现有光纤模分复用传输存在的模式通道数少、模式串扰大、需要MIMO-DSP辅助等技术问题。

本发明提供的一种本征模完全分离的退简并多模光纤，其包括双折射纤芯、应力区和包层。所述双折射纤芯是指在水平和垂直方向上不对称的纤芯，其目的在于使得光纤在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。双折射纤芯提供形状结构双折射，双折射纤芯尺寸越大折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，目前工艺能够达到且比较成熟的纤芯折射率与包层折射率差一般不超过2.5％；应力区提供应力附加双折射，应力区掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。掺硼摩尔百分比也影响应力区折射率，掺硼越多折射率越小。

优选的，所述光纤折射率参数关系为：双折射纤芯>包层>应力区。

优选的，所述双折射纤芯的折射率分布可以是阶跃折射率分布，也可以是渐变折射率分布。

优选的，所述本征模完全分离的退简并多模光纤支持多个通道光纤本征模式，且所有光纤本征模式之间的有效折射率差均大于1×10^-4，多个通道光纤本征模式间低串扰。

进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆纤芯结构，椭圆纤芯材料包括掺杂二氧化锗、二氧化钛或五氧化二磷的二氧化硅材料。椭圆纤芯短半轴扫描范围可以取3～6μm，椭圆纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。

进一步的，所述应力区采用掺杂五氧化二硼或氟的二氧化硅材料，包层采用纯二氧化硅材料。

进一步的，两个相同的圆形应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。圆形应力区边界与椭圆纤芯边界间距离的扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。圆形应力区半径扫描范围可以取10～25μm。

进一步的，两个相同的扇环应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述扇环的圆心与椭圆纤芯中心重合。扇环应力区内环边界与椭圆纤芯边界间距离的扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。扇环应力区外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区夹角扫描范围可以取90°～150°。

进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆环形纤芯结构，两个相同的圆形应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同。椭圆环形纤芯的内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯环状区域短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。圆形应力区边界与椭圆环形纤芯外环边界间距离扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。圆形应力区半径扫描范围可以取10～25μm。

进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆环形纤芯结构，两个相同的扇环应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述扇环的圆心与椭圆纤环形芯中心重合，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同。椭圆环形纤芯的内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯环状区域短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。扇环应力区内环边界与椭圆环形纤芯外环边界间距离扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。扇环应力区外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区夹角扫描范围可以取90°～150°。

总体上，对圆形应力区结构要求相同，对扇环应力区结构要求相同，对椭圆纤芯结构要求相同，对椭圆环形纤芯结构要求相同。在上述给定各参数扫描范围内，光纤所支持的本征模通道数目以及本征模间有效折射率差会有相应不同，不过，最优的光纤设计参数位于上述参数扫描范围内，可以在得到多通道本征模同时保证所有本征模之间的有效折射率差大于1×10^-4，即实现本征模完全分离的退简并多模光纤。

本发明中，以双折射纤芯结构代替传统的圆形纤芯，双折射纤芯提供形状结构双折射，可以采用椭圆纤芯和椭圆环形纤芯结构，椭圆环形纤芯会进一步有利于本征模分离；应力区提供应力附加双折射，可以采用椭圆纤芯或椭圆环形纤芯短轴两侧对称分布的熊猫型或领结型(蝴蝶型)应力区结构，即应力区形状分别为圆形或扇环。这种改进的优点在于将椭圆纤芯或椭圆环形纤芯结构引起的形状结构双折射和应力区引起的应力附加双折射两者相叠加，有效增强了光纤中的双折射效应，使得在获得多通道数目本征模的同时可以实现所有本征模之间的有效折射率差大于1×10^-4，即实现所有光纤本征模完全分离的退简并多模光纤。

本发明具有如下有益效果：

1、相比于传统弱导少模和多模光纤以及环形光纤中使用的LP模式或OAM模式，本方面利用的直接是光纤本征模式，将应用于光纤本征模复用通信，为模式复用通信提供一种新的方案。

2、相比于传统弱导少模和多模光纤以及环形光纤中存在的模式简并，本发明光纤支持的所有本征模实现完全分离，即所有本征模完全退简并。

3、相比于单独的熊猫型、领结型(蝴蝶型)应力双折射保偏光纤、椭圆芯双折射光纤、高折射率环形光纤，本发明将椭圆纤芯或椭圆环形纤芯结构引起的形状结构双折射和应力区引起的应力附加双折射两者相叠加，有效增强了光纤中的双折射效应，使得在获得多通道数目本征模的同时可以实现所有本征模之间的有效折射率差大于1×10^-4，即实现所有光纤本征模完全分离和退简并。

4、本发明提供的本征模完全分离的退简并多模光纤，基于熊猫型、领结型(蝴蝶型)、椭圆芯保偏光纤和环形光纤等制作工艺，工艺上便于实际拉制实现。

附图说明

图1(a)是本发明提供的熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤结构横截面示意图，图1(b)是该结构相应的材料折射率分布图；

图2(a)是本发明提供的领结型(蝴蝶型)椭圆纤芯退简并多模光纤结构横截面示意图，图2(b)是该结构相应的材料折射率分布图；

图3(a)是本发明提供的熊猫型椭圆环形纤芯退简并多模光纤结构横截面示意图，图3(b)是该结构相应的材料折射率分布图；

图4(a)是本发明提供的领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤结构横截面示意图，图4(b)是该结构相应的材料折射率分布图；

图5是本发明提供的熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤支持的35个模式有效折射率；

图6是本发明提供的熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤支持的35个模式间有效折射率差。

图7是本发明提供的领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤支持的53个模式有效折射率；

图8是本发明提供的领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤支持的53个模式间有效折射率差。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1(a)所示，本发明提供的这种熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤由椭圆纤芯1、椭圆纤芯短轴两侧对称分布的圆形应力区2和圆形包层3三部分组成。椭圆纤芯1区域采用掺杂二氧化锗的二氧化硅材料，两个圆形应力区2采用掺杂五氧化二硼的二氧化硅材料，外围包层3采用纯二氧化硅材料。图1(b)为该熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤沿x方向(椭圆短轴方向)的材料折射率分布图。图中为阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。该光纤的结构设计参数包括椭圆纤芯1长半轴a_y、短半轴a_x大小，两个圆形应力区2半径r₁，圆形应力区2边界与椭圆纤芯1边界间距离d₁，椭圆纤芯1折射率n₁和圆形应力区2掺硼摩尔百分比molB。掺硼摩尔百分比影响折射率，掺硼越多折射率越小。包层3为纯二氧化硅材料，其半径b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先扫描椭圆纤芯1折射率n₁、椭圆纤芯1短半轴a_x、椭圆纤芯1椭圆率e(e＝a_y/a_x)三个变量以确定椭圆纤芯1的结构，该结构主要决定了光纤中支持的本征模通道数目。再扫描圆形应力区2半径r₁、圆形应力区2边界与椭圆纤芯1边界间距离d₁、圆形应力区2掺硼摩尔百分比molB三个变量确定圆形应力区2的结构，该结构主要影响光纤中本征模有效折射率差。扫描可以通过Matlab软件对各个变量在一定范围内扫描。依据对这种熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤本征模通道数目和模式有效折射率差的要求，可以找到满足要求的光纤结构参数。其中，椭圆纤芯1折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，但目前工艺能够达到且比较成熟的椭圆纤芯1折射率与包层折射率差一般不超过2.5％。椭圆纤芯1短半轴扫描范围可以取3～6μm。椭圆率扫描范围可以取1～4。圆形应力区2掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，但目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。圆形应力区2边界与椭圆纤芯1边界间距离d₁扫描范围可以取1～3μm，d₁过大或过小都会减小双折射效应。圆形应力区2半径扫描范围可以取10～25μm。

如图2(a)所示，本发明提供的这种领结型(蝴蝶型)椭圆纤芯退简并多模光纤由椭圆纤芯1、椭圆纤芯短轴两侧对称分布的扇环应力区2和圆形包层3三部分组成。椭圆纤芯1区域采用掺杂二氧化锗的二氧化硅材料，两个扇环应力区2采用掺杂五氧化二硼的二氧化硅材料，外围包层3采用纯二氧化硅材料。图2(b)为该领结型(蝴蝶型)椭圆纤芯退简并多模光纤沿x方向的材料折射率分布图。图中为阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。该光纤的结构设计参数包括椭圆纤芯1长半轴a_y、短半轴a_x大小，两个扇环应力区2内外环半径r₁和r₂，扇环应力区2内环与椭圆纤芯1边界间最近距离d₁，扇环应力区2夹角θ，椭圆纤芯1折射率n₁和扇环应力区2掺硼摩尔百分比molB。包层3为纯二氧化硅材料，其半径b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先扫描椭圆纤芯1折射率n₁、椭圆纤芯1短半轴a_x、椭圆纤芯1椭圆率e(e＝a_y/a_x)三个变量确定椭圆纤芯1的结构，该结构主要决定了光纤中支持的本征模通道数目。再扫描扇环应力区2外环半径r₂、扇环应力区2内环与椭圆纤芯1边界间最近距离d₁、扇环应力区2夹角θ、扇环应力区2掺硼摩尔百分比molB四个变量确定扇环应力区2的结构，该结构主要影响光纤中本征模有效折射率差。依据对这种领结型(蝴蝶型)椭圆纤芯退简并多模光纤本征模通道数目和模式有效折射率差的要求，可以找到满足要求的光纤结构参数。其中，椭圆纤芯1折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，但目前工艺能够达到且比较常熟的椭圆纤芯1折射率与包层折射率差一般不超过2.5％。椭圆纤芯1短半轴扫描范围可以取3～6μm。椭圆率扫描范围可以取1～4。扇环应力区2掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，但目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。扇环应力区2内环与椭圆纤芯1边界间最近距离d₁扫描范围可以取1～3μm，d₁过大或过小都会减小双折射效应。扇环应力区2外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区2夹角扫描范围可以取90°～150°。

如图3(a)所示，本发明提供的这种熊猫型椭圆环形纤芯退简并多模光纤由椭圆环形纤芯1、椭圆环形纤芯短轴两侧对称分布的圆形应力区2和圆形包层3三部分组成。椭圆纤芯1区域采用掺杂二氧化锗的二氧化硅材料，两个圆形应力区2采用掺杂五氧化二硼的二氧化硅材料，椭圆内环和外围包层3采用纯二氧化硅材料。图3(b)为该熊猫型椭圆环形纤芯退简并多模光纤沿x方向的材料折射率分布图。图中为阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。该光纤的结构设计参数包括椭圆环形纤芯1内环长半轴a_y、短半轴a_x大小和外环长半轴b_y、短半轴b_x大小，两个圆形应力区2半径r₁，圆形应力区2边界与椭圆环形纤芯1外环间距离d₂，椭圆环形纤芯1折射率n₁和圆形应力区2掺硼摩尔百分比molB。椭圆环形纤芯1内外环短半轴相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包层3为纯二氧化硅材料，其半径b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先扫描椭圆环形纤芯1折射率n₁、椭圆环形纤芯1内环短半轴a_x、椭圆环形纤芯1椭圆率e(e＝a_y/a_x)、椭圆环形纤芯1内外环短半轴相差d₁四个变量确定椭圆环形纤芯1的结构，该结构主要决定了光纤中支持的本征模通道数目。再扫描圆形应力区2半径r₁、圆形应力区2边界与椭圆环形纤芯1外环间距离d₂、圆形应力区2掺硼摩尔百分比molB三个变量确定圆形应力区2的结构，该结构主要影响光纤中本征模有效折射率差。依据对这种熊猫型椭圆环形纤芯退简并多模光纤模式数目和模式有效折射率差的要求，可以找到满足要求的光纤结构参数。其中，椭圆环形纤芯1折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，但目前工艺能够达到且比较成熟的椭圆环形纤芯1折射率与包层折射率差一般不超过2.5％。椭圆环形纤芯1内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆率扫描范围可以取1～4。椭圆环形纤芯1内外环短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。圆形应力区2掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，但目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。圆形应力区2边界与椭圆环形纤芯1外环间距离扫描范围d₂可以取1～3μm，d₂过大或过小都会减小双折射效应。圆形应力区2半径扫描范围可以取10～25μm。

如图4(a)所示，本发明提供的这种领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤由椭圆环形纤芯1、椭圆环形纤芯短轴两侧对称分布的扇环应力区2和圆形包层3三部分组成。椭圆纤芯1区域采用掺杂二氧化锗的二氧化硅材料，两个扇环应力区2采用掺杂五氧化二硼的二氧化硅材料，椭圆内环和外围包层3采用纯二氧化硅材料。图4(b)为该领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤沿x方向的材料折射率分布图。图中为阶跃折射率分布，也可以采用渐变折射率分布。该光纤的结构设计参数包括椭圆环形纤芯1内环长半轴a_y、短半轴a_x大小和外环长半轴b_y、短半轴b_x大小，两个扇环应力区2内外环半径r₁和r₂，扇环应力区2内环与椭圆环形纤芯1外环间最近距离为d₂，扇环应力区2夹角θ，椭圆环形纤芯1折射率n₁和扇环应力区2掺硼摩尔百分比molB。椭圆环形纤芯1内外环短半轴相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包层3为纯二氧化硅材料，其半径b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先扫描椭圆环形纤芯1折射率n₁、椭圆环形纤芯1内环短半轴a_x、椭圆环形纤芯1椭圆率e(e＝a_y/a_x)、椭圆环形纤芯1内外环短半轴相差d₁四个变量确定椭圆环形纤芯1的结构，该结构决定了光纤中支持的本征模通道数目。再扫描扇环应力区2外环半径r₂、扇环应力区2内环与椭圆环形纤芯1外环间最近距离d₂、扇环应力区2夹角θ、扇环应力区2掺硼摩尔百分比molB四个变量确定扇环应力区2的结构，该结构主要影响光纤中本征模有效折射率差。依据对这种领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤本征模通道数目和模式有效折射率差的要求，可以找到满足要求的光纤结构参数。其中，椭圆环形纤芯1折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，但目前工艺能够达到且比较成熟的椭圆环形纤芯1折射率与包层折射率差一般不超过2.5％。椭圆环形纤芯1内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆率扫描范围可以取1～4。椭圆环形纤芯1内外环短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。扇环应力区2掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，但目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。扇环应力区2内环与椭圆环形纤芯1外环间最近距离d₂扫描范围可以取1～3μm，d₂过大或过小都会减小双折射效应。扇环应力区2外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区2夹角扫描范围可以取90°～150°。

对于本发明用到的熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤，椭圆短半轴为5.2μm，长半轴为7.8μm，对应椭圆率为1.5。两个圆形应力区半径为20μm，圆形应力区边界与椭圆纤芯边界间距离为2.5μm。包层半径为62.5μm。椭圆纤芯区域和包层折射率差为2.5％，应力区掺硼摩尔百分比为30％。

对这个熊猫型椭圆纤芯退简并多模光纤结构的模拟仿真结果如图5和图6所示。仿真波长为1550nm时，光纤中共支持35个本征模式。图5为这35个本征模式的有效折射率。图6为这35个本征模式间相邻本征模式有效折射率差，任意两个本征模式间有效折射率差皆大于1.62×10^-4，即实现了35个本征模式的有效完全分离和退简并。

对于本发明用到的领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤，椭圆环形纤芯内外环两个椭圆短半轴分别为1.4μm和5.6μm，长半轴分别为2.8μm和11.2μm，对应椭圆率为2。两个扇环应力区内外半径分别为9.47μm和50μm，扇环夹角为120°。包层半径为62.5μm。椭圆环形区域和包层折射率差为2.5％，应力区掺硼摩尔百分比为30％。

对这个领结型(蝴蝶型)椭圆环形纤芯退简并多模光纤结构的模拟仿真结果如图7和图8所示。仿真波长为1550nm时，光纤中共支持53个本征模式。图5为这53个本征模式的有效折射率。图6为这53个本征模式间相邻本征模式有效折射率差，任意两个本征模式间有效折射率差皆大于1.59×10^-4，即实现了53个本征模式的有效完全分离和退简并。

本发明不仅局限于上述具体实施方式，本领域一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其它多种具体实施方式实施本发明，比如纤芯外侧添加辅助低折射率沟道(Trench)结构等，因此，凡是采用本发明的设计结构和思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，其包括双折射纤芯、应力区和包层；所述双折射纤芯是指在水平和垂直方向上不对称的纤芯，其目的在于使得光纤在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。

2.根据权利要求1所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，其支持多个通道光纤本征模式，且所有光纤本征模式之间的有效折射率差均大于1×10^-4，多个通道光纤本征模式间低串扰。

3.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯、应力区和包层的折射率参数关系为：双折射纤芯>包层>应力区。

4.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆形结构，形成椭圆纤芯，两个相同的圆形应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。

5.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆形结构，形成椭圆纤芯，两个相同的扇环应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层；其中，所述扇环的圆心与椭圆纤芯中心重合。

6.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆环形结构，形成椭圆环形纤芯，两个相同的圆形应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层；其中，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同，或者是空气及其他折射率低于椭圆环形纤芯的材料。

7.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆环形结构，形成椭圆环形纤芯，两个相同的扇环应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层；其中，所述扇环的圆心与椭圆纤环形芯中心重合，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同，或者是空气及其他折射率低于椭圆环形纤芯的材料。

8.根据权利要求1所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，纤芯采用掺杂二氧化锗或二氧化钛或五氧化二磷的二氧化硅材料，应力区采用掺杂五氧化二硼或氟的二氧化硅材料，包层采用纯二氧化硅材料。