CN112162348A - 一种少模光纤及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种少模光纤及制备方法，其中，该少模光纤包括：内芯、环绕所述内芯的环芯、包裹所述环芯的包层以及包裹所述包层的涂敷层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。本发明实施例提供的技术方案，结构简单，可以有效产生稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。

Description

一种少模光纤及制备方法
技术领域
本发明实施例涉及光纤技术，尤其涉及一种少模光纤及制备方法。
背景技术
近年来，光纤中偏振模式的调控已成为研究热点之一，利用不同偏振模式传输光信号有利于进一步扩充光纤的信道容量。
但是，传统光纤的模式色散会导致光脉冲展宽，当色散严重时，光脉冲将前后重叠，各模式间发生串扰从而引起传输信号波形失真。设计一种新型光纤结构，使光纤各模式间有效折射率差Δneff大于低串扰标准值10-4，是解决该问题的有效方法之一。
发明内容
本发明实施例提供了一种少模光纤及制备方法，结构简单，可以有效产生传输稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。
第一方面，本发明实施例提供了一种少模光纤，包括：内芯、环绕所述内芯的环芯、包裹所述环芯的包层以及包裹所述包层的涂敷层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；
所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
第二方面，本发明实施例还提供了一种少模光纤的制备方法，包括：
制备内芯，并制备环绕所述内芯的环芯；
制备包裹所述环芯的包层，并制备包裹所述包层的涂漆层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；
所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
本发明实施例提供的技术方案，通过少模光纤包括内芯、环芯、包层以及涂敷层，通过环芯的折射率大于包层的折射率；包层的折射率大于内芯的折射率，其中，内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，即通过设置光纤的结构以及合理设置光纤的内芯折射率以及内芯半径，从而使光纤结构简单，并且可以有效产生传输稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种少模光纤的结构截面图；
图2是图1中虚线部分的放大图；
图3是本发明实施例提供的少模光纤的折射率分布图；
图4a-4f分别是矢量模式
Figure BDA0002704751390000021
TE01、TM01、
Figure BDA0002704751390000022
(HE21奇模)、
Figure BDA0002704751390000023
(HE21偶模)的电场分布示意图；(
Figure BDA0002704751390000024
为基模，非矢量模式)
图5是矢量模式TM01、HE21及TE01之间在不同波长处的有效折射率差分布图；
图6为矢量模式TM01、HE21及TE01之间的有效折射率差与内芯折射率nf的关系。
图7为矢量模式TM01、HE21及TE01之间的有效折射率差与内芯半径r的关系；
图8是本发明实施例提供的一种少模光纤的制备方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
相关技术中的一些光纤结构，例如，中空型椭圆环芯少模光纤、熊猫环芯光纤等。此两种光纤分别通过椭圆环芯结构和应力棒结构各自引入形状双折射和应力双折射效应，使矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值，从而实现各模式低串扰。然而，在引入双折射效应的过程中，光纤中的矢量模式(本征模式)会转变为线性偏振模式。
在保证模式低串扰的前提下，可通过合理设计光纤的几何参数与折射率分布，实现矢量模式的产生与传输，直接利用矢量模式进行信号传输，能有效扩充信道传输容量。例如，内芯折射率渐变光纤可使TM01模与HE21模间有效折射率差达到1.6×10-4。然而，相关技术中光纤结构较复杂，本发明实施例提供的光纤结构简单，可以有效产生稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。
图1是本发明实施例提供的一种少模光纤结构的截面图，图2是图1虚线部分的放大图；图3是本发明实施例提供的少模光纤的折射率分布图；如图1和图2所示，本发明实施例提供的少模光纤包括：内芯11、环绕内芯11的环芯12、包裹环芯11的包层13以及包裹包层13的涂敷层14。环芯的半径为r1，内芯的半径为r，包层的半径为rc。如图3所示，环芯的折射率大于包层的折射率；包层的折射率大于内芯的折射率。其中，内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
本发明实施例中，通过少模光纤包括内芯、环芯、包层以及涂敷层，通过环芯的折射率大于包层的折射率；包层的折射率大于内芯的折射率，其中，内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，从而通过设置光纤的结构以及合理设置光纤的内芯折射率以及内芯半径，从而使光纤结构简单，并且可以有效产生传输稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。
在本发明实施例中，可选的，在本发明实施例中，如图1和图2所示，内芯11的截面为圆形；环芯12的截面为圆环形；包层13的截面为圆形；内芯11的材料为掺有氧化硼的二氧化硅；环芯12的材料为掺有二氧化锗的二氧化硅；包层13的材料为二氧化硅。可选的，内芯11的折射率的范围为[1.17,1.44]；内芯11的半径的范围为[0.6um,3um]。可选的，包层13的半径、环芯12的半径以及内芯11的半径分别为62.5um(微米)、4um及2.5um；环芯12的折射率、包层13的折射率和内芯11的折射率分别为1.466、1.444以及1.436。
需要说明的是，少模光纤的内芯、环芯、包层以及涂漆层的材料并不局限于上述的材料。
在本发明实施例的中，可选的，各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律为：当所述内芯折射率增加时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。其中，各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律为：当所述内芯半径增大时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。其中，矢量模式可以是TM01、HE21及TE01；TM01、HE21及TE01为少模光纤的三种低阶矢量模式。各矢量模式间有效折射率差包括矢量模式TE01与HE21、HE21与TM01、TE01与TM01之间的有效折射率差。其中，各矢量模式间有效折射率差对应的内芯折射率不相同。即TE01与HE21、HE21与TM01、TE01与TM01之间的有效折射率差对应的内芯折射率并不相同。
在本发明实施例的一个实施方式中，可选的，内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定，包括：基于各矢量模式间有效折射率随内芯折射率的变化规律，确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯折射率特定范围；基于内芯折射率特征范围确定内芯的折射率。其中，内芯折射率特定范围的确定方法可以是：基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律确定TE01与HE21、HE21与TM01、TE01与TM01之间的有效折射率差分别大于低串扰标准值时对应的内芯折射率范围，基于得到的三个内芯折射率范围确定该三个内芯折射率范围的重合部分，作为内芯折射率特定范围。可选的，可以在内芯折射率特定范围内选择任意一个作为少模光纤内芯的折射率，或者也可以基于内芯折射率范围、内芯折射率最大值等数据采用数值模拟的方法确定内芯的折射率最优值。或选择各矢量模式间有效折射率差最大值(确定内芯半径后，可通过数值计算不同内芯折射率对应的矢量模式有效折射率差，从而得到各矢量模式间有效折射率差最大值)对应的内芯折射率作为少模光纤的内芯的折射率)。
在本发明实施例的一个实施方式中，可选的，内芯半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，包括：基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径变化规律确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯半径特定范围以及内芯半径最大值；基于内芯半径特定范围确定内芯的半径。其中，内芯半径确定方法可以是：基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律确定TE01与HE21、HE21与TM01、TE01与TM01之间的有效折射率差分别大于低串扰标准值时对应的内芯半径范围，基于得到的三个内芯半径范围确定该三个内芯半径范围的重合部分，并将该重合部分作为内芯半径特定范围。可选的，可以在内芯半径特定范围中选择任意一个数值作为少模光纤内芯的半径，或者也可以基于内芯半径范围、内芯半径最大值、以及各矢量模式间有效折射率随内芯半径变化规律等数据采用数值模拟的方法确定内芯半径的最优值。或者也可基于内芯半径范围，选定内芯半径，数值计算内芯半径对应的各矢量模式间有效折射率差，选择最大有效折射率差对应的内芯半径，作为少模光纤内芯的半径。
为了更好的表述本发明实施例提供的技术方案，下面介绍了本发明实施例技术方案实施的过程，具体如下。
本发明实施例提供的少模光纤，为低折射率内芯的少模光纤，如图1所示，主要由内芯11、环芯12、包层13及涂敷层14组成。其中，包层半径rc、环芯外径r1及内芯半径r分别为62.5um(um)、4um及2.5um。其中，环芯的折射率nr、包层的折射率n及内芯的折射率nf分别为1.466、1.444及1.436；工作波长设为光通讯波长1550纳米。当光信号耦合进入少模光纤，在少模光纤中通过各矢量模式进行传输，各矢量模式的电场分布详见图4a-4f，各矢量模式电场主要分布在环芯区域，低阶矢量模式的电场方向与普通少模光纤相同。图5为矢量模式TM01、HE21及TE01在不同波长处的有效折射率差分布图。如图5所示，不同于普通少模光纤的高串扰矢量模式，低折射率的内芯少模光纤矢量模式TE01与HE21、HE21与TM01、TE01与TM01之间的模式有效折射率差可分别达到1.1×10-4、1.6×10-4、2.7×10-4，均高于低串扰标准值。
同时，分别改变光纤内芯的折射率与半径，可以调节矢量模式间的有效折射率差。如图6所示，当内芯的折射率从1增加到1.47时，各矢量模式有效折射率差将先增加后减小，各模式有效折射率差的最大值及其对应的内芯折射率值各不相同。例如：矢量模式TM01与TE01有效折射率差在内芯的折射率处于1～1.46之间时皆高于低串扰标准值10-4，在内芯的折射率为1.32时达到最大值4.638×10-4。矢量模式HE21与TM01的有效折射率差在内芯的折射率处于1到1.44之间时高于10-4，在内芯的折射率为1.28时达到最大值2.235×10-4。矢量模式TE01与HE21的有效折射率差在内芯的折射率处于1.17到1.44之间时高于10-4，当内芯的折射率为1.35时，达到最大值2.468×10-4。需要注意的是，在内芯的折射率为1.466(变为普通少模光纤)时，上述所有矢量模式间有效折射率差均低于低串扰标准值10-4。由此可知，低折射率的内芯少模光纤在矢量模式低串扰方面具有优越性，为满足不同矢量模式间低串扰传输需求，可选择合适的内芯折射率。
如图7所示，当内芯的半径为0时(为普通少模光纤)，各矢量模式间有效折射率差均低于10-4，未达到低串扰标准。当内芯的半径逐渐变大时，各矢量模式间有效折射率差将出现先增大后减小的变化规律。例如，矢量模式TM01与TE01有效折射率差在内芯的半径处于0.6um到3um之间时高于10-4，当内芯的半径为2.4um时，达到最大值2.747×10-4；矢量模式HE21与TM01有效折射率差在内芯的半径处于1.4um到3um之间时高于10-4，当内芯的半径为2.4um时，达到最大值1.558×10-4；矢量模式TE01与HE21有效折射率差在内芯半径处于1.8um到2.8um之间时高于10-4，当内芯的半径为2.4um时，达到最大值1.189×10-4。显然，三组矢量模式间的有效折射率差均在内芯的半径为2.4um时达到最大值。当内芯的半径大于3um时，环芯的内径与外径间区域过窄，各矢量模式开始发生泄露，不支持稳定传输模式。
本发明实施例提供的低折射率的少模光纤，光纤结构简单，可有效产生稳定的低阶矢量模式，克服了普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点，各矢量模式间有效折射率差高于低串扰标准值10-4，矢量模式间有效折射率差随内芯折射率和内芯半径变化出现先增后减的情况，在特定范围满足低串扰标准，在特殊位置具有最大值，有助于光纤内芯折射率及内芯半径的优化选择，利于扩充光纤通信的信道容量。
图8是本发明实施例提供的一种少模光纤的制备方法流程图，如图8所示，本发明实施例提供的技术方案包括：
S810：制备内芯、环绕所述内芯的环芯以及包裹所述环芯的包层。
其中，包层与内芯和环芯在一起制备，一次拉至成型。
S820：制备包裹所述包层的涂漆层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
可选的，各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律为：当所述内芯折射率增加时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。
可选的，各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律为：当所述内芯半径增大时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。
可选的，各矢量模式间有效折射率差对应的内芯折射率不相同。
可选的，所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定，包括：
基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律，确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯折射率特定范围；
基于所述内芯折射率特征范围确定所述内芯的折射率。
可选的，所述内芯半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，包括：
基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径变化规律，确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯半径特定范围；
基于所述内芯半径特定范围确定所述内芯的半径。
可选的，所述内芯的截面为圆形；所述环芯的截面为圆环形；所述包层的截面为圆形；
所述内芯的材料为掺有氧化硼的二氧化硅；所述环芯的材料为掺有二氧化锗的二氧化硅；所述包层的材料为二氧化硅。
可选的，所述内芯的折射率的范围为[1.17,1.44]；所述内芯的半径的范围为[0.6um,3um]。
可选的，所述包层的半径、所述环芯的半径以及所述内芯的半径分别为62.5um、4um及2.5um；所述环芯的折射率、所述包层的折射率和所述内芯的折射率分别为1.466、1.444以及1.436。
本发明实施例提供的技术方案，通过将少模光纤设置为内芯、环芯、包层以及涂敷层，通过环芯的折射率大于包层的折射率；包层的折射率大于内芯的折射率，其中，内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，即通过设置光纤的结构以及合理设置光纤的内芯折射率以及内芯半径，从而使制备的光纤结构简单，并且可以有效产生传输稳定的低阶矢量模式，可以克服普通少模光纤矢量模式高串扰的缺点。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种少模光纤，其特征在于，包括：内芯、环绕所述内芯的环芯、包裹所述环芯的包层以及包裹所述包层的涂敷层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；
所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
2.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律为：当所述内芯折射率增加时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。
3.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律为：当所述内芯半径增大时，各矢量模式间有效折射率差先增加后减小。
4.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内芯的折射率不同，对应的各矢量模式间有效折射率差不同。
5.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定，包括：
基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律，确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯折射率特定范围
基于所述内芯折射率特征范围确定所述内芯的折射率。
6.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内芯半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定，包括：
基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径变化规律，确定各矢量模式间有效折射率差大于低串扰标准值时对应的内芯半径特定范围；
基于所述内芯半径特定范围最大值确定所述内芯的半径。
7.根据权利要求1所述的光纤，其特征在于，所述内芯的截面为圆形；所述环芯的截面为圆环形；所述包层的截面为圆环形；
所述内芯的材料为掺有氧化硼的二氧化硅；所述环芯的材料为掺有二氧化锗的二氧化硅；所述包层的材料为二氧化硅。
8.根据权利要求4所述的光纤，其特征在于，所述内芯的折射率的范围为[1.17,1.44]；所述内芯的半径的范围为[0.6um,3um]。
9.根据权利要求4所述的光纤，其特征在于，所述包层的半径、所述环芯的半径以及所述内芯的半径分别为62.5um、4um及2.5um；所述环芯的折射率、所述包层的折射率和所述内芯的折射率分别为1.466、1.444以及1.436。
10.一种少模光纤的制备方法，其特征在于，包括：
制备内芯、环绕所述内芯的环芯，以及包裹所述环芯的包层；
制备包裹所述包层的涂漆层；其中，所述环芯的折射率大于所述包层的折射率；所述包层的折射率大于所述内芯的折射率；
所述内芯的折射率基于各矢量模式间有效折射率差随内芯折射率的变化规律进行确定；所述内芯的半径基于各矢量模式间有效折射率差随内芯半径的变化规律进行确定。
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