CN113568091A

CN113568091A - 一种轴向保偏多芯光纤

Info

Publication number: CN113568091A
Application number: CN202110903271.8A
Authority: CN
Inventors: 唐明; 杜灏泽
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2021-08-06
Filing date: 2021-08-06
Publication date: 2021-10-29

Abstract

本发明提供一种轴向保偏多芯光纤，包括有一个中心应力区、纤芯组合区和一个总外包层，所述纤芯组合区包括2个或2个以上等距均布在中心应力区外周的纤芯区，所述中心应力区为掺硼应力区，给所述纤芯组合区提供轴向的应力，使纤芯组合区具有保持偏振的特性，所述纤芯区包括有纤芯和包绕纤芯的内包层，纤芯区以外的部分为总外包层。本发明可极大地增强光传输系统的频谱效率，提高光纤通信容量，并且光纤的纤芯区都具有偏振光保持功能，可用于传导本振光。在单纤双向自相干探测的大容量接入网中或数据中心互连等场合中，可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，降低系统延时，从而降低系统成本。

Description

一种轴向保偏多芯光纤

【技术领域】

本发明属于光通信传输技术领域，更具体的，涉及一种轴向保偏多芯光纤。

【背景技术】

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输能力要求越来越高。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(Space Division Multiplexing，SDM)技术利用多芯光纤(Multi Core Fiber，MCF)或少模光纤(Few Mode Fiber，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(Digital Signal Processing，数字信号处理)流程以及显著降低功耗，是实现较短距离内单波800Gbps及以上速率的数据中西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控制，这增加了系统功耗和复杂度，增大了处理延时。而专利CN201910539222.3中设计了一种保偏多芯光纤，但只有中间一个纤芯具有偏振保持功能，只能保证本振光或者一路信号光保偏，这对于DSP中偏振控制模块复杂度的降低是有限的。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题旨在针对上述现有技术存在的不足设计了一种轴向保偏多芯光纤，它能够使本振光和信号光的偏振态保持不变，这使得DSP中不再需要偏振控制模块，能够有效降低DSP的复杂度和功耗，从而降低系统成本。

为实现上述目的，本发明提供了一种轴向保偏多芯光纤，包括有一个中心应力区、纤芯组合区和一个总外包层，所述纤芯组合区包括2个或2个以上等距均布在中心应力区外周的纤芯区，所述中心应力区为应力棒，给所述纤芯组合区提供轴向的应力，使纤芯组合区具有保持偏振的特性，所述纤芯区包括有纤芯和包绕纤芯的内包层，纤芯区以外的部分为总外包层。

本发明的一个实施例中，所述纤芯组合区设置1～3层，每层设置2个或2个以上等距均布的纤芯区，每层中各个纤芯区与光纤中心的间距相等。

本发明的一个实施例中，所述中心应力区为能够提供应力的形状。

本发明的一个实施例中，所述中心应力区为圆形。

本发明的一个实施例中，所述纤芯区折射率为阶跃型。

本发明的一个实施例中，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％。

本发明的一个实施例中，所述纤芯区折射率为渐变型，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△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与几何中心处距离，n₀为所述纤芯几何中心处折射率。

本发明的一个实施例中，所述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，所述总外包层为纯二氧化硅玻璃层。

本发明的一个实施例中，所述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。

本发明的一个实施例中，所述过渡内包层为纯二氧化硅玻璃层；所述纤芯区1000m长度内的工作波长处偏振串音不大于-10dB。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：

(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)多芯光纤中每个纤芯区都具有偏振光保持功能，能够使本振光和信号光的偏振态在整个传输过程中保持不变，这极大简化了DSP中偏振控制模块的复杂度，甚至不再需要偏振解调模块，能够降低DSP中的功耗，从而进一步降低系统成本，有着很好的应用前景；

(3)纤芯区排布与普通多芯光纤一致，扇入扇出器件更方便制备，也方便接续。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例的剖面结构；

图2为本发明第二个实施例的剖面结构；

图3为本发明第三个实施例的剖面结构；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

101-总外包层 201-树脂涂覆层 301-中心应力区 401-纤芯501-内包层。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明提供了一种轴向保偏多芯光纤，包括有一个中心应力区301、纤芯组合区和一个总外包层101，所述纤芯组合区包括2个或2个以上等距均布在中心应力区301外周的纤芯区，所述中心应力区301为应力棒，给所述纤芯组合区提供轴向的应力，使纤芯组合区具有保持偏振的特性，所述纤芯区包括有纤芯401和包绕纤芯的内包层501，纤芯组合区以外为总外包层101。

进一步地，如图2所示，所述纤芯组合区设置1～3层，每层设置2个或2个以上等距均布的纤芯区(例如3-8个)，每层中各个纤芯区与光纤中心的间距相等。

进一步地，所述中心应力区301为能够提供应力的形状，例如可以是圆形，但不限于圆形，可以是其他任何能够提供应力的形状。

进一步地，所述纤芯区折射率为阶跃型。

进一步地，所述纤芯401的直径为5～15μm，纤芯401相对于总外包层101的相对折射率差为0.15％～0.45％。

进一步地，所述纤芯区折射率为渐变型，其折射率表示为n(r)＝n₀[1-2Δ(r/a)^m]^0.5,0≤r≤a，其中纤芯401半径a为2.5～25μm，纤芯401几何中心处对总外包层101的相对折射率差△为0.20％～1.50％，特征参数m为1.5～2.5，r为到所述纤芯401任一点距几何中心处距离，n₀为所述纤芯401几何中心处折射率。

进一步地，所述内包层501相对于总外包层101的相对折射率差为-0.5％～0.05％，内包层501的单边厚度为1～10μm，所述总外包层101为纯二氧化硅玻璃层。

进一步地，在纤芯401和内包层501之间设置有过渡内包层，过渡内包层的直径与纤芯401直径的比值为1.0～3.0。

进一步地，过渡内包层为纯二氧化硅玻璃层；所述纤芯区1000m长度内的工作波长处偏振串音不大于-10dB。

进一步地，所述总外包层101包含一条沿光纤长度方向延伸的参考线，所述参考线位于多芯光纤纤芯区的非对称部位。

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1个中心应力区301、4个纤芯区和一个总外包层101，所述4个纤芯区等距均布在中心应力区301外周，构成1层纤芯组合区，所述纤芯区包括有纤芯401和包绕芯层的501，纤芯区以外为总外包层101，纤芯区和光纤中心距离为45～50μm。所述中心应力区301为应力单元，应力单元位于光纤中心区，应力单元截面为圆形，为掺硼应力单元，掺硼应力区直径为60μm，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。所述纤芯401折射率为阶跃型，所述纤芯401的直径为9μm，纤芯401相对于总外包层101的相对折射率为0.40％。内包层501相对于总外包层101的相对折射率为-0.05％，内包层501的单边厚度为2.5μm，所述总外包层101为纯二氧化硅玻璃层，总外包层101的直径为150μm。总外包层101包含一条沿光纤长度方向延伸的参考线，参考线直径为1μm，所述参考线位于纤芯区和中心应力区301的非对称部位。总外包层101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，它与图1的不同之处在于具有3层纤芯组合区，每层组合纤芯区有4个纤芯401，其余结构与图1相同。当有多层纤芯组合区时，由于最外层的纤芯离中间的应力区比较远，可能保偏效果不会很好，因此一般不应设计太多层数。如果需要多层纤芯组合区时，应让纤芯间距离比较近从而使最外层的纤芯离中间的应力区也不会过远，从而保持比较好的保偏效果。

第三个实施例如图3所示，它与图1的不同之处在于具有8个等距均布在中心应力区301外周的纤芯区，其余结构与图1相同。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种轴向保偏多芯光纤，包括有一个中心应力区、纤芯组合区和一个总外包层，所述纤芯组合区包括2个或2个以上等距均布在中心应力区外周的纤芯区，其特征在于，所述中心应力区为应力棒，给所述纤芯组合区提供轴向的应力，使纤芯组合区具有保持偏振的特性，所述纤芯区包括有纤芯和包绕纤芯的内包层，纤芯区以外的部分为总外包层。

2.按权利要求1所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述纤芯组合区设置1～3层，每层设置2个或2个以上等距均布的纤芯区，每层中各个纤芯区与光纤中心的间距相等。

3.按权利要求1或2所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述中心应力区为能够提供应力的形状。

4.按权利要求3所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述中心应力区为圆形。

5.按权利要求1或2所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述纤芯区折射率为阶跃型。

6.按权利要求1或2所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，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％。

7.权利要求1或2所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述纤芯区折射率为渐变型，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△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。

8.按权利要求1或2所述的轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述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，所述总外包层为纯二氧化硅玻璃层。

9.按权利要求6所述的阵列性轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述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。

10.按权利要求9所述的阵列性轴向保偏多芯光纤，其特征在于，所述过渡内包层为纯二氧化硅玻璃层；所述纤芯区1000m长度内的工作波长处偏振串音不大于-10dB。