CN110261956B - 一种阵列型保偏多芯光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阵列型保偏多芯光纤，包括有总外包层和纤芯单元，其特征在于还包括有应力单元，纤芯单元和应力单元的分布构成单元阵列，单元阵列中包含一个中心单元且任一单元与其相邻单元的间距相等，应力单元至少存在有一对，每对应力单元对称于一个纤芯单元布设，构成保偏纤芯单元，所述的纤芯单元包括有纤芯和包绕芯层的内包层，纤芯单元和应力单元以外的部分为总外包层。本发明极大地增强光传输系统的频谱效率，提高光纤通信容量，在多芯光纤中设置保偏纤芯使得有一个波导结构具备偏振光保持功能，可以有效提高本振光的偏振确定性，节约自动偏振控制器，降低接收端光电器件和DSP的复杂度，极大地降低系统延时，从而降低系统成本。

Description

一种阵列型保偏多芯光纤
技术领域
本发明涉及一种阵列型保偏多芯光纤，属于光通信传输技术领域。
技术背景
随着云计算、物联网、高清电视、虚拟现实等大数据量业务的兴起和普及，对光纤通信网络的传送能力要求越来越高。通过超信道复用技术可以将单根光纤容量提高至100Tb/s以上，逼近了单根光纤的香农理论极限。因此，进一步深入研究并发展高频谱效率的超大容量光纤通信技术，解决光纤通信网络进一步扩容的问题显得极为迫切。其中空分复用(SDM)技术利用多芯光纤(MCF)或少模光纤(FMF)甚至多芯/少模结合的新型光纤提供多个独立的物理信道来并行传输数据，结合自相干探测，可以极大地增强光传输系统的频谱效率，提高光纤通信容量，降低成本。因而SDM技术被认为是解决单模光纤容量危机的有效途径。相比于少模光纤中存在的较大的模间色散或模间串扰，多芯光纤内芯间串扰更容易控制，因而在互连密度、容量扩展性和传输距离上更具的优势。基于多芯光纤的同源零差自相干光通信系统可以充分发挥相干光通信高频谱效率的优势，同时可以简化DSP流程以显著降低功耗，是实现较短距离内单波800Gbps及以上速率的数据中心互连的有竞争力的解决方案。
基于多芯光纤的自相干探测中，光纤通常不具备偏振保持功能(如专利CN103399374A)，在实际应用中光纤中偏振态的演化是随机的，需要额外采用自动偏振控制器来追踪本振光的偏振态，以便对传输到接收端的本振光进行偏振态控制。这增加了系统功耗和复杂度，增大了处理延时。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种阵列型保偏多芯光纤，它能有效提高本征光偏振态的确定性，提高系统可靠性，减少接收端光电器件和降低DSP的复杂度，从而降低系统成本。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有总外包层和纤芯单元，其特征在于还包括有应力单元，所述的纤芯单元和应力单元的分布构成单元阵列，所述的单元阵列中包含一个中心单元且任一单元与其相邻单元的间距相等，所述的应力单元至少存在有一对(两个)，每对应力单元对称于一个纤芯单元布设，构成保偏纤芯单元，所述的纤芯单元包括有纤芯和包绕芯层的内包层，纤芯单元和应力单元以外的部分为总外包层。
按上述方案，所述的中心单元为纤芯单元，在所述中心单元的纤芯单元相邻两侧对称布设应力单元，构成中心保偏纤芯单元。
按上述方案，所述的相邻单元的间距为20～60μm。
按上述方案，所述的单元阵列包括7个单元，为单层正六边形单元阵列，包含一个位于中心的纤芯单元和对称于中心的一对应力单元，其余为纤芯单元。
按上述方案，所述的单元阵列包括19个单元，为双层正六边形单元阵列，包含一个位于中心的纤芯单元和对称于中心的一对应力单元，其余为纤芯单元。
按上述方案，所述的应力单元截面为圆型，直径范围为5～45μm，掺杂元素摩尔浓度为5～30％。
按上述方案，所述的纤芯折射率为阶跃型，所述纤芯的直径为5～15μm，纤芯相对于总外包层的相对折射率差为0.15％～0.45％。
按上述方案，所述的纤芯折射率为渐变型，其折射率表示为n(r)＝n0·[1-2Δ(r/a)m]0.5，0≤r≤a，其中纤芯半径a为2.5～25μm，纤芯几何中心处对总外包层的相对折射率差Δ为0.20％～1.50％，特征参数m为1.5～2.5，r为到所述纤芯任一点距几何中心处距离，n0为所述纤芯几何中心处折射率。
按上述方案，所述的内包层相对于总外包层的相对折射率差为-0.5％～0.05％，内包层的单边厚度为1～10μm，所述的总外包层为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，在纤芯和内包层之间设置有过渡内包层，过渡内包层的直径与纤芯直径的比值为1.0～3.0，过渡内包层为为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，所述的保偏纤芯1000m长度内的工作波长处偏振串音不大于-10dB。
按上述方案，所述的总外包层中设置一条沿光纤长度方向延伸的参考线，所述多芯光纤的纤芯部分相对参考线呈非对称分布。
本发明的有益效果在于：1、多芯光纤提供了多个独立的物理信道来并行传输数据，结合自相干探测，可以极大地增强光传输系统的频谱效率，提高光纤通信容量，降低成本。2、在多芯光纤中设置保偏纤芯使得有一个波导结构具备偏振光保持功能，可以用于传导本振光。在自相干探测的大容量接入网中或数据中心互连等场合，可以有效提高本振光的偏振确定性，节约自动偏振控制器，降低接收端光电器件和DSP的复杂度，极大地降低系统延时，从而降低系统成本。3、保偏纤芯处于光纤的中心可以减轻外界干扰，并方便接续。4、在纤芯外围提供内包层，有利于降低纤芯之间的信号串扰和宏弯损耗。特别的，保偏纤芯的内包层还可以提高偏振串音额稳定性和抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明一个实施例的剖面结构图。
图2为本发明第二个实施例的剖面结构图。
图3为本发明第三个实施例的剖面结构图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明。第一个实施例如图1所示，包括有总外包层101和纤芯单元，还包括有应力单元，所述的纤芯单元和应力单元的分布构成单元阵列，所述的单元阵列包括7个单元，为单层正六边形单元阵列，包含一个位于中心的纤芯单元和对称于中心的一对应力单元501，所述的单元阵列中任一单元与其相邻单元的间距相等，一对应力单元对称于中心纤芯单元布设，三者的连线成直线，构成保偏纤芯单元，所述的保偏纤芯单元包括保偏纤芯301和保偏内包层401，应力单元截面为圆型，为掺硼应力单元，掺硼应力单元直径为35μm，掺硼应力单元和保偏纤芯的芯间距为36μm，掺硼应力区硼的掺杂摩尔浓度为25％，掺杂元素也可为硼、锗、钛任选一种或几种，保偏纤芯的偏振串音在1000m范围内为-15dB。所述的纤芯单元包括有纤芯302和包绕芯层的内包层402，纤芯单元和应力单元以外的部分为总外包层。所述的纤芯折射率为阶跃型，所述纤芯的直径为9μm，纤芯相对于总外包层的相对折射率差为0.40％。内包层相对于总外包层的相对折射率差为-0.05％，内包层的直径为15μm，所述的总外包层为纯二氧化硅玻璃层，总外包层的直径为150μm。保偏纤芯和保偏内包层的结构与上述纤芯单元的芯包层结构相同。总外包层包含一条沿光纤长度方向延伸的参考线601，参考线直径为1μm，所述参考线位于外纤芯区外和外纤芯区的非对称部位。总外包层外涂覆有树脂涂覆层201；树脂为丙烯酸树脂，涂覆层直径为245μm。
第二个实施例如图2所示，它与上一个实施例的不同之处在于在纤芯和内包层之间设置有过渡内包层702，过渡内包层的直径为16μm，过渡内包层为纯二氧化硅玻璃层。内包层的直径为24μm。并且在保偏纤芯301和保偏内包层401之间设置有保偏过渡内包层701，保偏内包层和保偏过渡内包层的结构与上述内包层和过渡内包层的结构相同。本实施例的其余结构与第一个实施例相同。
第三个实施例如图3所示，它与上一个实施例的不同之处在于具有19个单元，为双层正六边形单元阵列，增加了12个纤芯单元分布在第二层单元阵列中。应力单元为掺硼应力单元，掺硼应力单元直径为25μm，掺硼应力单元和保偏纤芯的芯间距为28μm，掺硼应力区硼的掺杂摩尔浓度为20％，保偏纤芯的偏振串音在1000m范围内为-20dB。所述的纤芯单元包括有纤芯302和包绕芯层的内包层402，内包层的直径为15μm。保偏纤芯单元的芯包层结构与纤芯单元的芯包层结构相同。涂覆层201为聚酰亚胺涂覆层，光纤长期耐受温度为150℃。其余结构与第一个实施例相同。
本发明涂覆层材料可为：丙烯酸树脂、聚酰亚胺、硅橡胶、尼龙、石墨烯、以及它们的组合。

Claims (8)

1.一种阵列型保偏多芯光纤，包括有总外包层和纤芯单元，其特征在于还包括有应力单元，所述的纤芯单元和应力单元的分布构成单元阵列，所述的单元阵列中包含一个中心单元且任一单元与其相邻单元的间距相等，所述的应力单元存在有一对，对称于一个纤芯单元布设，构成保偏纤芯单元，所述的纤芯单元包括有纤芯和包绕芯层的内包层，纤芯单元和应力单元以外的部分为总外包层；所述的中心单元为纤芯单元，在所述中心单元的纤芯单元相邻两侧对称布设应力单元，构成中心保偏纤芯单元；所述的相邻单元的间距为20～60μm；其余为纤芯单元。
2.按权利要求1所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的单元阵列包括7个单元，为单层正六边形单元阵列，包含一个位于中心的纤芯单元和对称于中心的一对应力单元。
3.按权利要求1所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的单元阵列包括19个单元，为双层正六边形单元阵列，包含一个位于中心的纤芯单元和对称于中心的一对应力单元。
4.按权利要求1或2所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的应力单元截面为圆型，直径范围为5～45μm，掺杂元素摩尔浓度为5～30％；所述的保偏纤芯1000m长度内的工作波长处偏振串音不大于-10dB。
5.按权利要求1或2所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的纤芯折射率为阶跃型，所述纤芯的直径为5～15μm，纤芯相对于总外包层的相对折射率差为0.15％～0.45％。
6.按权利要求1或2所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的纤芯折射率为渐变型，其折射率表示为n(r)＝n0·[1-2Δ(r/a)m]0.5，0≤r≤a，其中纤芯半径a为2.5～25μm，纤芯几何中心处对总外包层的相对折射率差Δ为0.20％～1.50％，特征参数m为1.5～2.5，r为到所述纤芯任一点距几何中心处距离，n0为所述纤芯几何中心处折射率。
7.按权利要求1或2所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于所述的内包层相对于总外包层的相对折射率差为-0.5％～0.05％，内包层的单边厚度为1～10μm，所述的总外包层为纯二氧化硅玻璃层。
8.按权利要求7所述的阵列型保偏多芯光纤，其特征在于在纤芯和内包层之间设置有过渡内包层，过渡内包层的直径与纤芯直径的比值为1.0～3.0，过渡内包层为纯二氧化硅玻璃层。
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