CN113406742A - 一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法 - Google Patents

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郑勇
王明轩
段晓峰
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Jiangsu Hengtong Photoconductive New Materials Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法，多芯光纤为利用控制芯子数量、芯子排布、芯子间折射率差值及芯间距的方法设计得到的具有不同芯间串扰的多芯光纤，包括芯子及包覆于芯子外部的包层，各芯子的折射率差值为0～1.5％，芯子包括由内至外依次设置的芯层、内包层及下陷包层，包层上打孔且每个孔内插入一根芯子。本发明中，多芯光纤的芯子数量及芯间距具有多样性，可根据使用环境来设计芯子数量、芯子排布及芯间距，芯层、内包层及下陷包层三者存在折射率差值，通过芯子间折射率差值、芯间距及下陷包层的宽度和相对折射率可控制芯间串扰，减少光损失，通过下陷包层有效改善光纤的弯曲性能，工艺简单，生产效率高且稳定。

Description

一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法。
背景技术
虽然传统的单芯光纤传输技术在过去的几十年中得到飞速发展，目前实现了单根光纤高达100Tb/s的传输容量。但是随着5G技术的不断发展以及虚拟现实及超高清视频等新型业务的出现，光通信网中的数据量进一步增加，因此如何有效扩大光纤的传输容量成为了目前急需解决的问题之一。空分复用(SDM)技术因可以进一步扩大光纤的通信容量而受到越来越多的关注。目前空分复用主要有2种方式，一种是基于模式复用的少模光纤，另一种为空间上的多芯复用。多芯光纤用于空分复用通信传输时，每个纤芯都是一个独立的物理通道，在多芯光纤的两端借助多芯耦合器分别与输入和输出端的单模光纤相连，这样接收端每根单模光纤收到的信号都是可以直接利用，因此备受青睐。
对于多芯光纤提升通信距离和通信容量，须考虑芯间串扰及光纤的弯曲性能。目前降低串扰的方法主要有设计异质纤芯、设计带有下陷包层结构的多芯光纤，而带有下陷包层结构的波导结构可以改善宏弯性能。
中国发明专利CN105425335B提出了一种抗弯七芯光纤制备方法，但主要关注低串扰七芯光纤及与G652光纤的兼容性而未关注其他应用场景需求。
中国发明专利CN108152879B提出了一种串扰可控多芯光纤，但非对称结构会导致光纤内部应力分布问题，且未提及光纤的弯曲性能。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法。
为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：
一种针对不同应用场景的多芯光纤，所述多芯光纤为通过控制芯子数量、芯子排布、芯子间折射率差值及芯间距制成且具有不同芯间串扰的多芯光纤，包括若干根芯子及包覆于芯子外部的包层，包层上打孔且每个孔内插入一根芯子，各芯子的折射率差值为0～1.5％，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层、内包层及下陷包层。
进一步的，所述芯层相对折射率差即芯层有效折射率N1与纯二氧化硅折射率N0的差值△N1为0.0044～0.0058。
进一步的，所述内包层相对折射率差即内包层有效折射率N2与纯二氧化硅折射率N0的差值为-0.0005～0.0005。
进一步的，所述下陷包层相对折射率差即下陷包层有效折射率N3与纯二氧化硅折射率N0的差值△N2为-0.0030～-0.0060。
本发明公开了一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
制备芯子和包层，将包层进行打孔，孔的数量与芯子数量相适配；
随后将若干根芯子分别插入至包层的若干孔内，每个孔内插入一根芯子，再进行拉丝得到所需多芯光纤；
拉丝后相邻两根芯子之间的间距为20～50μm，拉丝后多芯光纤的任两根芯子的芯间串扰不超过-50dB。
进一步的，拉丝后，所述内包层与芯层半径比为2.0～3.0，所述下陷包层与芯层半径比为3.0～4.0。
进一步的，拉丝后，所述芯层半径为3.0～4.5μm。
进一步的，所述包层上打孔形成的孔径为10～30mm，孔距为20～60mm，包层的外径为50～120mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明公开了一种针对不同应用场景的多芯光纤及制备方法，多芯光纤为利用控制芯子数量、芯子排布、芯子间折射率差值及芯间距的方法设计得到的具有不同芯间串扰的多芯光纤，包括若干根芯子及包覆于芯子外部的包层，各芯子的折射率差值为0～1.5％，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层、内包层及下陷包层，包层上打孔且每个孔内插入一根芯子。本发明中，多芯光纤的芯子数量及芯间距具有多样性，可根据使用环境来设计芯子数量、芯子排布及芯间距，芯层、内包层及下陷包层三者的相对折射率差递减，存在折射率差值，通过芯子间折射率差值、芯间距及下陷包层的宽度和相对折射率可以控制芯间串扰，避免中心的芯层能量外泄，减少光损失，通过设置下陷包层能有效改善光纤的弯曲性能，设计构思巧妙，工艺简单可行，生产效率高且稳定。
附图说明
图1为本发明的芯子折射率分布图；
图2为本发明实施例1的结构示意图；
图3为本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
如图1-3所示，一种针对不同应用场景的多芯光纤，为利用控制芯子数量、芯子排布、芯子间折射率差值及芯间距的方法设计得到的具有不同芯间串扰的多芯光纤，多芯光纤包括若干根芯子及包覆于芯子外部的包层，包层上打若干孔，每个孔内对应插入一根芯子，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层1(半径为a)、内包层2(半径为b)及下陷包层3(半径为c)。
芯层1相对折射率差即芯层1有效折射率N1与纯二氧化硅折射率N0的差值△N1为0.0044～0.0058。
内包层2相对折射率差即内包层2有效折射率N2与纯二氧化硅折射率N0的差值为-0.0005～0.0005。
下陷包层3相对折射率差即下陷包层3有效折射率N3与纯二氧化硅折射率N0的差值△N2为-0.0030～-0.0060。
芯子可采用同质或异质芯子，各芯子的折射率之间差值在0～1.5％之间。
一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，包括以下步骤：
分别制备芯子及包层，将包层进行打孔，随后将若干芯子分别插入至包层的若干孔内，一个孔内插入一根芯子，再进行拉丝得到所需多芯光纤。
包层先由VAD法(不限于此工艺)制备纯硅石英棒或纯硅芯棒，再利用高精度打孔设备进行打孔，孔径为10～30mm，孔距为20～60mm，包层外径为50～120mm。
拉丝后芯层1半径a为3.0～4.5μm，内包层2与芯层1半径比值b/a为2.0～3.0，下陷包层3与芯层1半径比值c/a为3.0～4.0。
拉丝后相邻两根芯子之间的间距为20～50μm，芯子数量、排布方式及相邻芯间距可自由设计。
拉丝后多芯光纤直径典型值为125±1μm，但并不限于此典型值。
实施例1
如图1-2所示，一种针对不同应用场景的多芯光纤，外径125μm，为由四根芯子及包覆于其外部的包层组成的四芯光纤，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层1(半径为a)、内包层2(半径为b)及下陷包层3(半径为c)，包层由纯硅芯棒按相邻芯间距为40μm的四芯光纤端面结构进行高精度打四孔制成，四根芯子分别插入至包层的四个孔内，再进行拉丝得到所需多芯光纤。
拉丝后光纤1550nm衰减≤0.20，1550宏弯1圈(R＝10mm)不超过0.02dB，达到于G.657.B3标准。
拉丝后光纤任意两根芯子的芯间串扰不超过-50dB。
实施例2
如图1和3所示，一种针对不同应用场景的多芯光纤，外径125μm，为由七根芯子及包覆于其外部的包层组成的七芯光纤，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层1(半径为a)、内包层2(半径为b)及下陷包层3(半径为c)，包层由纯硅芯棒按相邻芯间距为30μm的七芯光纤端面结构进行高精度打七孔制成，七根芯子分别插入至下陷包层3的七个孔内，再进行拉丝得到所需多芯光纤。
拉丝后光纤1550nm衰减≤0.20，1550宏弯1圈(R＝10mm)不超过0.02dB，达到于G.657.B3标准。
拉丝后光纤任意两根芯子的芯间串扰不超过-50dB。
本发明未具体描述的部分采用现有技术即可，在此不做赘述。
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 (8)

1.一种针对不同应用场景的多芯光纤，其特征在于，所述多芯光纤为通过控制芯子数量、芯子排布、芯子间折射率差值及芯间距制成且具有不同芯间串扰的多芯光纤，包括若干根芯子及包覆于芯子外部的包层，包层上打孔且每个孔内插入一根芯子，各芯子的折射率差值为0～1.5％，每根芯子均包括由内至外依次设置的芯层、内包层及下陷包层。
2.根据权利要求1所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤，其特征在于，所述芯层有效折射率与纯二氧化硅折射率的差值为0.0044～0.0058。
3.根据权利要求1所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤，其特征在于，所述内包层有效折射率与纯二氧化硅折射率的差值为-0.0005～0.0005。
4.根据权利要求1所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤，其特征在于，所述下陷包层有效折射率与纯二氧化硅折射率的差值为-0.0030～-0.0060。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备芯子和包层，将包层进行打孔，孔的数量与芯子数量相适配；
随后将若干根芯子分别插入至包层的若干孔内，每个孔内插入一根芯子，再进行拉丝得到所需多芯光纤；
拉丝后相邻两根芯子之间的间距为20～50μm，拉丝后多芯光纤的任两根芯子的芯间串扰不超过-50dB。
6.根据权利要求4所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，其特征在于，拉丝后，所述内包层与芯层半径比为2.0～3.0，所述下陷包层与芯层半径比为3.0～4.0。
7.根据权利要求6所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，其特征在于，拉丝后，所述芯层半径为3.0～4.5μm。
8.根据权利要求5所述的一种针对不同应用场景的多芯光纤的制备方法，其特征在于，所述包层上打孔形成的孔径为10～30mm，孔距为20～60mm，包层的外径为50～120mm。
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