CN108051888B - 一种折射率凹陷的环芯光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种折射率凹陷的环芯光纤，所述环芯光纤的环形纤芯沿外侧到内侧方向的折射率分布存在凹陷。本发明提供的环芯光纤具有凹陷的折射率分布设计，可以有效抑制模式组在传输过程中的耦合和衰减，可在不增加系统多输入多输出算法复杂度的基础上进一步增加光纤传输距离。
Description
技术领域
本发明涉及光学通信技术领域，更具体地，涉及一种折射率凹陷的环芯光纤。
背景技术
随着互联网的发展，人们对通信容量的要求不断提升。目前商用单模光纤通信系统由于受到光纤非线性效应、光放大器自发辐射噪声的影响，其容量增长已经遇到瓶颈，无法满足未来通信容量需求的快速增长。基于少模光纤的模分复用光纤通信系统，理论上可以打破单模光纤的非线性香农极限，具有较高的传输容量密度，近年来受到广泛关注。然而，随着系统容量的扩展和传输距离的增加，模分复用系统中多输入多输出算法的复杂度也不断升高，以对抗各个模式之间的相互串扰以及模式间时延。基于弱耦合少模光纤的模分复用系统近年来被提出，以降低多输入多输出算法复杂度。在这些方案中多输入多输出算法用于均衡模式组内部的模式间串扰，模式组间的模式分离可以通过物理层的模式解复用器实现。但是，弱耦合少模光纤中随着模式组阶数的升高，模式组内部的模式数也随之增加，因此用来均衡模式组内部模式间串扰的多输入多输出算法的复杂度也随之升高，限制了系统的进一步扩容。
具有环形纤芯结构的光纤（简称环芯光纤）的出现，可解决上述问题。由于环芯光纤的径向限制，使其支持的模式径向阶数唯一，这意味着高阶模式组内的模式数目始终为四个。从而不会由于模式组阶数的升高而增加多输入多输出算法的复杂度。尽管如此，随着光纤传输距离的增加，环芯光纤模式组之间的串扰耦合不断增大。为了避免模式组之间的串扰耦合采用多输入多输出算法补偿，但是环芯光纤的传输距离受到限制。
发明内容
本发明为解决现有技术提供的环芯光纤存在的传输距离受限的技术缺陷，提供了一种折射率凹陷的环芯光纤。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种折射率凹陷的环芯光纤，所述环芯光纤的环形纤芯沿外侧到内侧方向的折射率分布存在凹陷。
上述方案中，环形纤芯折射率高于其内侧和外侧的介质，从而使得纤芯中传输的模式径向阶数唯一，基模组内模式数为两个，各高阶模式组内的模式数目始终为四个。环形纤芯中模式组间的串扰耦合可分为相邻阶模组串扰耦合与次邻阶模组串扰耦合。折射率分布凹陷的环芯光纤抑制模组间串扰的原理是折射率分布凹陷改变环形纤芯内模式电场的径向分布。相较于一般的环形光纤，折射率分布凹陷的环芯光纤的环厚度范围内电场分布将与折射率分布保持较为一致的对称性，体现在两者分布的对称中心更加靠近，从而抑制微扰引起的模组串扰耦合。折射率凹陷的尺寸增加会同时抑制邻阶与次邻阶的串扰耦合，并使损耗降低。折射率凹陷的深度增加会同时抑制邻阶与次邻阶的串扰耦合，并使损耗增加。
优选地，所述折射率分布存在凹陷的位置位于环形纤芯厚度的的范围内。。
优选地，所述环形纤芯的内径在1微米至30微米之间，环形纤芯的厚度在1微米至10微米之间。
优选地，所述凹陷的深度占环形纤芯折射率分布与内侧或外侧折射率差最大值的1%至70%；凹陷宽度占环形纤芯厚度的1%至90%。
优选地，所述环形纤芯的外侧设置有环形的折射率低槽。折射率低槽起到阻止模式泄露、提高能量传输效率的作用。
优选地，所述折射率分布为渐变式。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果是：
本发明提供的环芯光纤具有凹陷的折射率分布设计，可以有效抑制模式组在传输过程中的耦合和衰减，可在不增加系统多输入多输出算法复杂度的基础上进一步增加光纤传输距离。
附图说明
图1（a）为光纤的截面图。
图1（b）为环芯光纤截面直径线上的折射率分布图。
图2为纤芯厚度范围内的折射率分布曲线图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图和具体实施例，进一步阐述本发明是如何实施的。
图1（a）为光纤截面图，图1（b）为截面直径线上的折射率分布图，如图1所示，本发明提供的环芯光纤具有折射率分布凹陷的设计，其中折射率分布可为渐变式的折射率分布，其可由5段或更多的分段曲线表示，每段曲线满足渐变曲线公式，曲线之间平滑过渡。图1中，辅助线1标识出光纤包层的外界面，2标识出纤芯的外界面，3标识出环宽范围内纤芯折射率曲线的对称中心，4标识出环形纤芯的内界面。（b）中显示的纤芯折射率分布体现为折耳形，凹陷的深度占环形纤芯折射率分布与内侧或外侧折射率差最大值的1%至70%；凹陷宽度占环形纤芯厚度的1%至90%。
图2为纤芯厚度范围内的折射率分布曲线。曲线由辅助线分割为多段曲线。其中辅助线1标识出纤芯厚度范围与环内侧或环外侧的一个界面，辅助线1和2标识的范围是纤芯折射率分布的上升沿，上升沿的尺寸占纤芯厚度的1%至50%，上升沿的折射率变化值占总折射率变化值的30%至99%；辅助线2和3标识的范围是折射率的第一个凸起部分，此部分承接折射率上升沿与折射率凹陷，其尺寸占纤芯厚度的1%至50%，其折射率变化值占总折射率变化值的1%至70%；辅助线3和4标识出纤芯厚度范围内折射率分布的凹陷部分，此凹陷的尺寸占纤芯厚度的1%至90%，此凹陷的折射率变化值占总折射率变化值的1%至70%；辅助线4和5标识出折射率的第二个凸起部分，此部分承接折射率凹陷与折射率下降沿，其尺寸占纤芯厚度的1%至50%，其折射率变化值占总折射率变化值的1%至70%；辅助线5和6标识出折射率的下降沿，下降沿的尺寸占纤芯厚度的1%至50%，下降沿的折射率变化值占总折射率变化值的30%至99%；辅助线6标识出纤芯厚度范围与环外侧或环内侧的另一个界面，辅助线1和6标识出环形纤芯的厚度范围。曲线形状对纤芯中模式组的串扰耦合及损耗有较大影响。
环形纤芯中模式组间的串扰耦合可分为相邻阶模组串扰耦合与次邻阶模组串扰耦合。凹陷形折射率分布抑制模组间串扰的原理是凹陷改变环形纤芯内模式电场的径向分布。相较于一般的环形光纤，凹陷形环形光纤的纤芯厚度范围内电场分布将与折射率分布保持较为一致的对称性，体现在两者分布的对称中心更加靠近，从而抑制微扰引起的模组串扰。具体地，折射率凹陷尺寸增加会同时抑制邻阶与次邻阶的串扰耦合，并使损耗降低；折射率凹陷的深度增加会同时抑制邻阶与次邻阶的串扰耦合，并使损耗增加。需要指出具有凹陷形折射率分布描述的是折射率分布曲线的总体形状，包括但不限于图2的多段曲线分割方式。
本实施例中，所述环形纤芯的外侧设置有环形的折射率低槽。折射率低槽起到阻止模式泄露、提高能量传输效率的作用。
最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种折射率凹陷的环芯光纤，其特征在于：所述环芯光纤的环形纤芯沿外侧到内侧方向的折射率分布存在凹陷；
所述凹陷的深度占环形纤芯折射率分布与内侧或外侧折射率差最大值的1％至70％；凹陷宽度占环形纤芯厚度的1％至90％。
2.根据权利要求1所述的折射率凹陷的环芯光纤，其特征在于：所述折射率分布存在凹陷的位置位于环形纤芯厚度的的范围内。
3.根据权利要求1所述的折射率凹陷的环芯光纤，其特征在于：所述环形纤芯的内径在1微米至30微米之间，环形纤芯的厚度在1微米至10微米之间。
4.根据权利要求2所述的折射率凹陷的环芯光纤，其特征在于：所述环形纤芯的外侧设置有环形的折射率低槽。
5.根据权利要求1～4任一项所述的折射率凹陷的环芯光纤，其特征在于：所述折射率分布为渐变式。
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