CN109283613A - 一种低芯间串扰多芯光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低芯间串扰多芯光纤，属于光纤通信领域。其特征在于：包括中芯(1)、围绕在中芯周围的环状沟槽结构(I)，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯(2)‑(7)，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构(Ⅱ)、(Ⅲ)，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)的包层。通过在相邻的沟槽结构(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)中分别设置互不相同的折射率，且相邻沟槽结构(I)与(Ⅱ)、(Ⅱ)与(Ⅲ)之间折射率差大于等于0.001，达到抑制芯间串扰的目的。同时，因为纤芯结构相同，本发明与普通单模光纤的熔接损耗更小且便于拉制成纤，可广泛应用于空分复用光纤传输系统等领域，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种低芯间串扰多芯光纤，属于光纤通信领域。
背景技术
近年来，光纤通信以及光网络的高速发展促使能够实现大容量传输的空分复用光纤成为研究热点，如少模光纤、多芯光纤、少模多芯光纤等。其中，多芯光纤可在不增加光缆铺设空间和费用的情况下实现对光纤的扩容，更好地克服单模光纤传输容量的限制，具有十分广阔的应用前景。
多芯光纤，指同一包层中容纳多个纤芯的光纤，通过多个纤芯传播光信号。按照工作原理分类，主要分为传输型和耦合型多芯光纤。其中，传输型多芯光纤又被称为弱耦合型多芯光纤，其纤芯之间距离大，芯间能量耦合较小且每个纤芯中的模式独立传输，多被用于信息的大容量传输。最新的研究结果显示，多芯光纤已经在光纤通信以及光网络领域中扮演着重要的角色，例如，在传输容量方面，基于双环形纤芯结构的31km长度的22芯多芯光纤实现了2.15Pbit/s的系统传输容量；在传输距离方面，基于单环纤芯结构的46km长度的12芯多芯光纤实现了105Tbit/s容量光信号最远26圈共计14350km传输。除此之外，耦合型多芯光纤还可用于大容量通信网所需高性能激光器、放大器、耦合器等重要光电子器件的研制。因此，多芯光纤在未来大容量通信系统的发展中将具有举足轻重的地位。
为了抑制传输型多芯光纤中的芯间串扰，研究者们设计了多种特殊的光纤结构，它们主要有：沟槽辅助型、空气孔辅助型以及异质结构多芯光纤。其中，空气孔辅助结构多芯光纤采用在每个纤芯周围环绕多个空气孔的方式，使得纤芯与周围包层之间的折射率差增大，从而将光能量限制在纤芯周围来抑制芯间串扰。但是拉制光纤过程中可能导致空气孔塌陷，造成光纤的结构缺陷。异质结构多芯光纤，通过在相邻纤芯中引入不同的纤芯直径和折射率，增加各纤芯之间光信号的传播常数差异，从而减小了光能量在纤芯之间的传递，拥有更好的抑制芯间串扰的能力。但该方案中各不相同的纤芯设计将引入较大的光传输时延差，不仅会增加与普通单模光纤之间的熔接损耗，也会增加接收端解复用的复杂度。沟槽辅助型多芯光纤采用低折射率沟槽结构围绕在各个纤芯周围，从而减小芯间光耦合，由于其相对简单的折射率剖面结构以及较好的抑制芯间串扰的能力，多数传输型多芯光纤的设计均采用沟槽辅助结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题主要是针对降低传输型弱耦合多芯光纤芯间串扰这一问题所提出的。
本发明的技术方案：
一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：包括中芯、围绕在中芯周围的环状沟槽结构I，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构Ⅱ、Ⅲ，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ的包层。
进一步，所述中芯以及六个外芯具有相同的正有效折射率差(相对于包层折射率)Δ1，Δ1取值为0.003至0.0035范围内任意值。包层折射率设定为1.444至1.45内的任意值。
进一步，所述围绕在中芯周围的环形沟槽结构I具有较低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△2，△2取值为-0.002至-0.003范围内任意值。所述围绕在六个外芯周围且相邻外芯周围的环形沟槽结构Ⅱ、Ⅲ具有不同的折射率差值，分别为更低和最低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△3和△4。其中，△3取值为-0.003至-0.004范围内任意值，△4取值为-0.004至-0.005范围内任意值，并且△2与△3、△3与△4之间彼此差值大于等于0.001。
进一步，所述中芯以及六个外芯具有相同的纤芯直径且纤芯直径范围为8μm至10μm，围绕在中芯以及六个外芯周围的环形沟槽结构的半径均相同，范围为4μm至5μm，所述包层形成无孔口结构并覆盖中芯、六个外芯、围绕于中芯以及六个外芯周围的环状沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ，包层的直径范围为125μm至150μm。
进一步，所述外芯采用密集排列方式在中芯外形成正六边形，外芯的数目为6个，所述多个纤芯中任意两个相邻旁芯的芯间距为35μm至42μm范围的任意值且相等。
本发明的有益效果具体如下：
本发明仅仅采用围绕在各个同质纤芯周围且具有不同折射率差值的环形沟槽结构即可实现比同类具有相同沟槽折射率结构的多芯光纤更低的芯间串扰。除此之外，本发明具有较大的模场面积以及较小的弯曲损耗。同时，因为纤芯结构相同，本发明与普通单模光纤的熔接损耗更小且便于拉制成纤，可广泛应用于空分复用光纤传输系统等领域，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为一种低芯间串扰多芯光纤横截面示意图。
图2为一种低芯间串扰多芯光纤折射率剖面示意图。
图1中的标记如下：1、中芯；2-7、外芯；I、Ⅱ、Ⅲ、围绕在纤芯周围的环形沟槽结构且相邻沟槽结构具有不同折射率差值：Δ2＞Δ3＞Δ4。
图2中的标记如下：r1、纤芯半径；r2、纤芯与沟槽之间距离；W、沟槽宽度；Δ1、纤芯与包层折射率差；Δ2、中芯周围沟槽折射率与包层折射率差；Δ3、Δ4、相邻外芯周围沟槽折射率与包层折射率差。
具体实施方式
下面结合附图1与附图2对一种低芯间串扰多芯光纤作进一步描述。
实施例一
一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：包括中芯1、围绕在中芯周围的环状沟槽结构I，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯2-7，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构Ⅱ、Ⅲ，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ的包层。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的正有效折射率差(相对于包层折射率)Δ1，Δ1取值为0.003。包层折射率设定为1.444。
进一步，所述围绕在中芯周围的环形沟槽结构I具有较低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△2，△2取值为-0.002。所述围绕在六个外芯周围且相邻外芯周围的环形沟槽结构Ⅱ、Ⅲ具有不同的折射率差值，分别为更低和最低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△3和△4。其中，△3取值为-0.003，△4取值为-0.0045，保证△2与△3、△3与△4之间彼此差值大于等于0.001。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的纤芯直径且纤芯直径取值为8μm，围绕在中芯1以及六个外芯2-7周围的环形沟槽结构的半径均相同，取值为4μm，所述包层形成无孔口结构并覆盖中芯1、六个外芯2-7、围绕于中芯1以及六个外芯2-7周围的环状沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ，包层的直径取值为125μm。
进一步，所述外芯2-7采用密集排列方式在中芯1外形成正六边形，外芯的数目为6个，所述多个纤芯1-7中任意两个相邻旁芯的芯间距为取值为35μm。
实施例二
一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：包括中芯1、围绕在中芯周围的环状沟槽结构I，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯2-7，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构Ⅱ、Ⅲ，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ的包层。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的正有效折射率差(相对于包层折射率)Δ1，Δ1取值为0.0035。包层折射率设定为1.45。
进一步，所述围绕在中芯周围的环形沟槽结构I具有较低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△2，△2取值为-0.0025。所述围绕在六个外芯周围且相邻外芯周围的环形沟槽结构Ⅱ、Ⅲ具有不同的折射率差值，分别为更低和最低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△3和△4。其中，△3取值为-0.0035，△4取值为-0.0045，保证△2与△3、△3与△4之间彼此差值大于等于0.001。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的纤芯直径且纤芯直径取值为9μm，围绕在中芯1以及六个外芯2-7周围的环形沟槽结构的半径均相同，取值为4.5μm，所述包层形成无孔口结构并覆盖中芯1、六个外芯2-7、围绕于中芯1以及六个外芯2-7周围的环状沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ，包层的直径取值为150μm。
进一步，所述外芯2-7采用密集排列方式在中芯1外形成正六边形，外芯的数目为6个，所述多个纤芯1-7中任意两个相邻旁芯的芯间距为取值为40μm。
实施例三
一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：包括中芯1、围绕在中芯周围的环状沟槽结构I，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯2-7，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构Ⅱ、Ⅲ，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ的包层。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的正有效折射率差(相对于包层折射率)Δ1，Δ1取值为0.0035。包层折射率设定为1.444。
进一步，所述围绕在中芯周围的环形沟槽结构I具有较低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△2，△2取值为-0.0028。所述围绕在六个外芯周围且相邻外芯周围的环形沟槽结构Ⅱ、Ⅲ具有不同的折射率差值，分别为更低和最低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△3和△4。其中，△3取值为-0.0039，△4取值为-0.005，保证△2与△3、△3与△4之间彼此差值大于等于0.001。
进一步，所述中芯1以及六个外芯2-7具有相同的纤芯直径且纤芯直径取值为9.2μm，围绕在中芯1以及六个外芯2-7周围的环形沟槽结构的半径均相同，取值为4.6μm，所述包层形成无孔口结构并覆盖中芯1、六个外芯2-7、围绕于中芯1以及六个外芯2-7周围的环状沟槽结构I、Ⅱ、Ⅲ，包层的直径取值为150μm。
进一步，所述外芯2-7采用密集排列方式在中芯1外形成正六边形，外芯的数目为6个，所述多个纤芯1-7中任意两个相邻旁芯的芯间距为取值为42μm。
Claims (5)
1.一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：包括中芯(1)、围绕在中芯周围的环状沟槽结构(I)，以及沿光纤轴线延伸且呈正六边形排列的六个外芯(2)-(7)，分别围绕在六个外芯周围的环状沟槽结构(Ⅱ)、(Ⅲ)，覆盖中芯、六个外芯、沟槽结构(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)的包层。
2.根据权利要求1所述的一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：所述中芯(1)以及六个外芯(2)-(7)具有相同的正有效折射率差(相对于包层折射率)△1，△1取值为0.003至0.0035范围内任意值。包层折射率设定为1.444至1.45内的任意值。
3.根据权利要求1所述的一种低芯间串扰多芯光纤，其特性在于：所述围绕在中芯周围的环形沟槽结构(Ⅰ)具有较低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△2，△2取值为-0.002至-0.003范围内任意值。所述围绕在六个外芯周围且相邻外芯周围的环形沟槽结构(Ⅱ)、(Ⅲ)具有不同的折射率差值，分别为更低和最低的负有效折射率差(相对于包层折射率)△3和△4。其中，△3取值为-0.003至-0.004范围内任意值，△4取值为-0.004至-0.005范围内任意值，并且△2与△3、△3与△4之间彼此差值大于等于0.001。
4.根据权利要求1所述的一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：所述中芯(1)以及六个外芯(2)-(7)具有相同的纤芯直径且纤芯直径范围为8μm至10μm，围绕在中芯(1)以及六个外芯(2)-(7)周围的环形沟槽结构的半径均相同，范围为4μm至5μm，所述包层形成无孔口结构并覆盖中芯、六个外芯、围绕于中芯以及六个外芯周围的环状沟槽结构(I)、(Ⅱ)、(Ⅲ)，包层的直径范围为125μm至150μm。
5.根据权利要求1所述的一种低芯间串扰多芯光纤，其特征在于：所述外芯(2)-(7)采用密集排列方式在中芯外形成正六边形分布，外芯的数目为6个，所述多个纤芯(2)-(7)中任意两个相邻旁芯的芯间距为35μm至42μm范围的任意值且相等。
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