CN114910995B - 支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种反谐振光纤，具体涉及一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，反谐振光纤的外层大玻璃管内内切有15个包层反谐振管，15个包层反谐振管中任意相邻的两个反谐振管相切；反谐振光纤的纤芯为一个中心大反谐振管，中心大反谐振管与15个包层反谐振管均相切；所述包层反谐振管、中心大反谐振管及外层大玻璃管和中心反谐振管的环腔内均填充有空气；所述中心大反谐振管的壁厚大于包层反谐振管的壁厚；所述外层大玻璃管的外表面涂覆有环烯烃共聚物；外层大玻璃管、包层反谐振管和中心大反谐振管的材料为二氧化硅。不但支持的OAM模式数较多，而且拥有较长的传输距离。
Description
技术领域：
本发明涉及一种反谐振光纤，具体涉及一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤。
背景技术：
随着网络技术、大数据的不断发展，人们对信息光纤通信容量的需求越来越大，传统单模光纤的通信容量已经接近香农极限。轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)模分复用技术是近年来兴起的一种通信技术。轨道角动量主要存在于携带螺旋相位因子的涡旋光中，由HE模式和EH模式按照一定的叠加方式合成，只要合成同一阶OAM模式的HE和EH模的有效折射率差大于1×10-4即可稳定传输。由于具有不同拓扑电荷数的OAM模式是相互正交的，而拓扑电荷数理论上可取任意整数，因此将不同拓扑电荷数下的OAM光束作为信息传输的载体可以大幅度增加通信容量，这种技术在光纤通信领域有着巨大的潜在价值。
反谐振光纤(Anti-resonant fiber，ARF)与传统的单模光纤、光子晶体光纤等结构差别较大，主要由不同大小和厚度的负曲率反谐振管堆叠而成，这种光纤相对于光子晶体光纤而言不但结构更为简单易于生产，而且可以通过合理设置反谐振管壁的厚度使其满足反谐振条件来进一步降低损耗，从而增加光纤通信的传输距离。近年来，反谐振光纤及其生产技术取得了极大的进步，已经趋于成熟。然而，当前支持轨道角动量通信的光纤多为光子晶体光纤，虽然光子晶体光纤可以通过改变空气孔的形状、大小、数量、位置等参数自由调控轨道角动量通信的性能，但是多数光子晶体光纤存在结构参数优化困难、限制损耗大、传输距离短的问题，在实际的轨道角动量光纤通信系统中实用性不高。
发明内容：
本发明弥补和改善了上述现有技术的不足之处，提供一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，不但支持的OAM模式数较多，而且拥有较长的传输距离。
本发明采用的技术方案为：一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，反谐振光纤的外层大玻璃管内内切有15个包层反谐振管，15个包层反谐振管中任意相邻的两个反谐振管相切；反谐振光纤的纤芯为一个中心大反谐振管，中心大反谐振管与15个包层反谐振管均相切；所述包层反谐振管、中心大反谐振管及外层大玻璃管和中心反谐振管的环腔内均填充有空气；所述中心大反谐振管的壁厚大于包层反谐振管的壁厚；所述外层大玻璃管的外表面涂覆有环烯烃共聚物；所述外层大玻璃管、包层反谐振管和中心大反谐振管的材料为二氧化硅。
进一步的，所述包层反谐振管的内径为1.9μm-2.1μm，其管壁的厚度为0.60μm-0.65μm。
进一步的，所述包层反谐振管的内径为2.0μm，其管壁的厚度为0.62μm。
进一步的，所述中心大反谐振管的内径为7.0μm-8.0μm，其管壁的厚度为2.0μm-3.0μm。
进一步的，所述中心大反谐振管的内径为7.5μm，其管壁的厚度为2.5μm。
进一步的，所述外层大玻璃管的内径为15.0μm-16.0μm，其管壁的厚度为0.60μm-0.65μm。
进一步的，所述外层大玻璃管的内径为15.86μm，其管壁的厚度为0.62μm。
本发明的有益效果：提供了一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，不但可以传输较多的OAM模式，而且模式稳定传输的距离较长。其主要优点如下：
(1)、轨道角动量反谐振光纤由反谐振管堆叠而成，生产时只需要考虑管的大小和壁厚即可，便于优化；
(2)、轨道角动量反谐振光纤最高支持HE模式和EH模式的拓扑电荷数分别为10和8，最高可以合成OAM9，1，共可稳定传输34种OAM模式；
(3)、轨道角动量反谐振光纤利用反谐振光纤特有的反谐振条件进一步降低了限制损耗，提高了OAM模式的纯度；
(4)、轨道角动量反谐振光纤可在1.25μm-1.85μm的较宽波段内传输OAM模式；
(5)、轨道角动量反谐振光纤中所有OAM模式的有效折射率差均大于2.347×10-4，且最大有效折射率差为3.67×10-3，有效降低了模间串扰；
(6)、轨道角动量反谐振光纤的最长传输距离高达2964.43m
(7)、轨道角动量反谐振光纤的最外侧涂覆层选用环烯烃共聚物材料，不仅降低了加工难度和加工成本，而且使用寿命更长。
附图说明：
图1是实施例一中轨道角动量反谐振光纤的横截面示意图；
图2是实施例一中轨道角动量反谐振光纤部分HE模和EH模的模场分布图；
图3是实施例一中轨道角动量反谐振光纤中OAM模式的有效折射率差随波长的变化关系图；
图4是实施例一中轨道角动量反谐振光纤中OAM模式的传输距离随波长的变化规律图；
图5是图4中传输距离为0-3.0×102m段的局部放大图。
具体实施方式：
参照图1，一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，反谐振光纤的外层大玻璃管1内内切有15个包层反谐振管2，15个包层反谐振管2中任意相邻的两个反谐振管相切；反谐振光纤的纤芯为一个中心大反谐振管3，中心大反谐振管3与15个包层反谐振管2均相切；所述包层反谐振管2、中心大反谐振管3及外层大玻璃管1和中心反谐振管3的环腔内均填充有空气；所述中心大反谐振管3的壁厚大于包层反谐振管2的壁厚；所述外层大玻璃管1的外表面涂覆有环烯烃共聚物4；所述外层大玻璃管1、包层反谐振管2和中心大反谐振管3的材料为二氧化硅；所述包层反谐振管2的内径为2.0μm，其管壁的厚度为0.62μm；所述中心大反谐振管3的内径为7.5μm，其管壁的厚度为2.5μm；所述外层大玻璃管1的内径为15.86μm，其管壁的厚度为0.62μm。
需要进行通信的信息可通过计算机编码转化为数字电信号，通过相应的电光转换器件转化为光信号并将其加载于涡旋光所携带的轨道角动量中，然后令光信号进入输入端并在反谐振光纤中传输，待信号到达输出端，利用光电转换器件将光信号转化为电信号编码，然后再通过计算机解调为初始信息，即可完成信息的传输。
OAM模式可以定义为具有相同传播常数的一系列本征模式，这些本征模式可以由相同本征模式(HE模式或EH模式)的奇偶分量叠加，其具体的叠加方式可以表示为：
其中l为拓扑电荷数，m＝1为径向阶数，OAM模式右上角的‘±’代表偏振的方向，正号为右旋圆偏振，负号为左旋圆偏振。当拓扑电荷数值为1时，EH模拓扑电荷数为0，因此只能传输2个OAM模式，当拓扑电荷数值为大于等于2的正整数时，可以作为四个独立的信道存在，因此可传输的OAM模式数为4×l-2。
通过有限元法可以建立轨道角动量反谐振光纤模型，利用多物理场有限元分析软件COMSOL和编程软件MATLAB对反谐振光纤的结构进行仿真并加以后处理，可以得到如图2所示的部分HE模式和EH模式的光场分布情况以及相位分布。所有模式的光场都被很好地限制在中心大反谐振管的管壁中，HE模光场靠近包层，EH模则更靠近纤芯。
本轨道角动量反谐振光纤中OAM模式的有效折射率差可由下式决定：
这里NHEl+1，1和NEHl-1，1分别是合成同一阶OAM模式的HE模式和EH模式的有效模式折射率实部；需要注意的是本光纤所有OAM模式的有效折射率差全部大于2.347×10-4，最大为3.67×10-3，如图3所示。
本轨道角动量反谐振光纤的传输距离可由下式来计算：
这里和/>分别是反谐振光纤中所传输OAM模式的两个偏振态的有效折射率实部，反谐振光纤中不同轨道角动量模式在1.25μm-1.85μm波段内的传输距离如图4和图5所示，最长传输距离高达2964.43m。
Claims (4)
1.一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，其特征在于：反谐振光纤的外层大玻璃管（1）内内切有15个包层反谐振管（2），15个包层反谐振管（2）中任意相邻的两个反谐振管相切；反谐振光纤的纤芯为一个中心大反谐振管（3），中心大反谐振管（3）与15个包层反谐振管（2）均相切；所述包层反谐振管（2）、中心大反谐振管（3）及外层大玻璃管（1）和中心反谐振管（3）的环腔内均填充有空气；所述中心大反谐振管（3）的壁厚大于包层反谐振管（2）的壁厚；所述外层大玻璃管（1）的外表面涂覆有环烯烃共聚物（4）；所述外层大玻璃管（1）、包层反谐振管（2）和中心大反谐振管（3）的材料为二氧化硅；
所述包层反谐振管（2）的内径为1.9μm -2.1μm，其管壁的厚度为0.60μm-0.65μm；所述中心大反谐振管（3）的内径为7.0μm-8.0μm，其管壁的厚度为2.0μm-3.0μm；所述外层大玻璃管（1）的内径为15.0μm-16.0μm，其管壁的厚度为0.60μm-0.65μm。
2.根据权利要求1所述的一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，其特征在于：所述包层反谐振管（2）的内径为2.0μm，其管壁的厚度为0.62μm。
3.根据权利要求1所述的一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，其特征在于：所述中心大反谐振管（3）的内径为7.5μm，其管壁的厚度为2.5μm。
4.根据权利要求1所述的一种支持多个轨道角动量模式长距离稳定通信的反谐振光纤，其特征在于：所述外层大玻璃管（1）的内径为15.86μm，其管壁的厚度为0.62μm。
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Citations (6)
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| WO2017072750A1 (en) * | 2015-11-01 | 2017-05-04 | Goldin Shlomo Yehuda | Optical fiber based on a transmission anti-resonance in the cladding |
| EP3199991A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-02 | Danmarks Tekniske Universitet | Optical fiber |
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| CN112649915A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-13 | 东北石油大学 | 一种支持114个oam模式传输的光子晶体光纤 |
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| CN114325926A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-04-12 | 燕山大学 | 一种具有异质结构双包层的空芯反谐振光纤 |
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017072750A1 (en) * | 2015-11-01 | 2017-05-04 | Goldin Shlomo Yehuda | Optical fiber based on a transmission anti-resonance in the cladding |
| EP3199991A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-02 | Danmarks Tekniske Universitet | Optical fiber |
| CN109116467A (zh) * | 2018-09-29 | 2019-01-01 | 暨南大学 | 一种支持多个轨道角动量模式的反谐振环形光纤 |
| CN112649915A (zh) * | 2020-12-25 | 2021-04-13 | 东北石油大学 | 一种支持114个oam模式传输的光子晶体光纤 |
| CN113589456A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-11-02 | 华南师范大学 | 一种信能共传微结构光纤 |
| CN114325926A (zh) * | 2021-12-01 | 2022-04-12 | 燕山大学 | 一种具有异质结构双包层的空芯反谐振光纤 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| Circular anti-resonance fibre supporting orbital angular momentum modes with flat dispersion, high purity and low confinement loss;Haihao Fu;JOURNAL OF MODERN OPTICS;第68卷(第15期);784-791页第2-3部分，附图1 * |
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