CN114966988A - 一种在s+c+l波段内支持八种模式的椭圆芯光子灯笼 - Google Patents

一种在s+c+l波段内支持八种模式的椭圆芯光子灯笼 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在S+C+L波段内支持八种模式的椭圆芯光子灯笼，包括椭圆芯套管、八种输入光纤；所述椭圆芯套管的外壁为圆形；内芯为椭圆形腔体；所述八种输入光纤设置在椭圆形腔体内，椭圆芯套管分为拉锥前的区域、第一段锥区和第二段锥区；所述第一段锥区锥度比大于第二段锥区锥度比。本发明提出的椭圆芯模式选择性光子灯笼在S+C+L波段下八种空间模式都能达到比较理想的耦合效率，具有高效的模式转换效率和模式选择性，在模分复用系统中具有重要作用。

Description

一种在S+C+L波段内支持八种模式的椭圆芯光子灯笼
技术领域
本发明属于光纤通信领域，涉及一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼。
背景技术
随着当今社会信息技术的快速发展，标准单模光纤的传输容量上限已经不足以应对当下需求。基于少模光纤的模分复用技术(MDM)作为提高传输效率最有潜力的技术之一，已经成为当前光学通信领域的研究热点。
实现模分复用的方法主要有光纤模式耦合器、光子灯笼和长周期光纤光栅。其中全光纤型光子灯笼几乎无损、可扩展性强，并且可以直接和单模(少模)光纤拼接等优势，已经引起了全世界研究人员的关注。
光子灯笼是将一系列单模光纤排列插入低折射率套管中进行绝热拉锥，此时原始的单模光纤结构已经消失，各个单模光纤的包层和套管一起形成新的少模光纤结构。一般地，光子灯笼根据可复用的模式种类分为非选模光子灯笼(MNS-PL)、选模群光子灯笼(MGS-PL)和选模式光子灯笼(MS-PL)。在短距离MDM传输中，选模群光子灯笼的同一模群间发生强耦合。这将导致使用复杂的多输入多输出(MIMO)数字信号处理系统，其功耗和成本较高。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，具有高效的模式转换效率和模式选择性，在模分复用系统中具有重要作用。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特殊之处在于：
包括椭圆芯套管、八种输入光纤；
所述椭圆芯套管的外壁为圆形；内芯为横截面为椭圆形的腔体；
所述八种输入光纤分别为LP01输入光纤、LP11a输入光纤、LP11b输入光纤、LP21a输入光纤、LP21b输入光纤、LP02输入光纤、LP31a输入光纤和LP31b输入光纤；
所述八种输入光纤设置在内芯内，椭圆芯套管包括拉锥前的区域、第一段锥区和第二段锥区；
所述LP01输入光纤、LP02输入光纤的轴心位于腔体内椭圆横截面的短轴上；LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤沿腔体内壁依次接触围成一圈，每根输入光纤的外壁与其相邻的输入光纤外壁相切，LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤的外壁和腔体内壁相切；
所述第一段锥区锥度比大于第二段锥区锥度比。
进一步地，上述第一段锥区锥度比、第二段锥区锥度比的乘积等于0.12；第一段锥区的锥区长度L1小于第二段锥区的锥区长度L2。
进一步地，上述椭圆芯套管在拉锥前的区域处时外壁的直径为1200μm；内芯中椭圆横截面的长轴为236μm，短轴为172μm。
进一步地，上述第一段锥区锥度比为0.4，所述第二段锥区锥度比为0.3。
进一步地，上述第一段锥区的锥区长度L1为27000μm，第二段锥区的锥区长度L2为73000μm。
进一步地，上述LP01输入光纤包层直径为80μm，纤芯直径为14μm；所述LP11a输入光纤包层直径为74μm，纤芯直径为12.8μm；所述LP11b输入光纤包层直径为74μm，纤芯直径为11.8μm；所述LP21a输入光纤包层直径为60μm，纤芯直径为10.8μm；所述LP21b输入光纤包层直径为60μm，纤芯直径为10μm；所述LP02输入光纤包层直径为48μm，纤芯直径为9.2μm；所述LP31a输入光纤包层直径为40μm，纤芯直径为8.6μm；所述LP31b输入光纤包层直径为40μm，纤芯直径为8μm。
进一步地，上述椭圆芯套管的基底材料为二氧化硅，其在1550nm波长下折射率为1.444。八种输入光纤的基底材料在1550nm波长下折射率为1.45，八种输入光纤的纤芯在1550nm波长下折射率为1.46。
另外，本发明还提出一种上述八种输入光纤的制备方法，其特殊之处在于，利用拉丝塔进行制备，包括以下步骤：
1)制备光纤预制棒，光纤纤芯折射率在1550nm波长下为1.46，光纤包层折射率在1550nm波长下折射率为1.45，保证包层外径与纤芯外径的比例为8.3333:1；
2)通过调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤；
3)在上步制备状态下再次调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第一光纤；
4)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第二光纤；
5)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第三光纤；
6)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第四光纤；
7)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第五光纤；
8)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第六光纤；
9)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第七光纤；
10)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第八光纤；
11)使用氢氟酸将第一光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤、将第二光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤、将第三光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤、将第四光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤、将第五光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤、将第六光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤、将第七光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤、将第八光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
另外，本发明还提出另一种上述八种输入光纤的制备方法，其特殊之处在于，在初始光纤基础上利用拉锥法来进行制备，包括以下步骤：
1)首先制备得到包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤；
2)在初始光纤基础上通过调整不同的拉锥比来依次实现八种输入光纤的制备：
当拉锥比为0.933时得到纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第九光纤；
当拉锥比为0.853时得到纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第十光纤；
当拉锥比为0.787时得到纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第十一光纤；
当拉锥比为0.720时得到纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第十二光纤；
当拉锥比为0.667时得到纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第十三光纤；
当拉锥比为0.613时得到纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第十四光纤；
当拉锥比为0.573时得到纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第十五光纤；
当拉锥比为0.533时得到纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第十六光纤；
3)使用氢氟酸将第九光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤、将第十光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤、将第十一光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤、将第十二光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤、将第十三光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤、将第十四光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤、将第十五光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤、将第十六光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
本发明的优点：
①本发明可以实现LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b、LP02、LP31a和LP31b八种空间模式的模分复用和解复用，相比于目前已有的选模式光子灯笼，空间利用率得到了大幅度的提升，可复用模式数也更多。
②本发明所设计的光子灯笼模间串扰低于-13.7dB，模式耦合损耗低于-0.86dB。
③本发明所设计的光子灯笼在S+C+L波段内各模式耦合效率大于81％，模式选择性大于7.7dB。
附图说明
图1是本发明所述椭圆芯模式选择性光子灯笼的横截面示意图。
图2是本发明所述所述椭圆芯模式选择性光子灯笼的剖视图。
图3是本发明所述所述椭圆芯模式选择性光子灯笼中各输入光纤中的模式折射率随锥度比的变化规律图。
图4是本发明所述所述椭圆芯模式选择性光子灯笼中各输入光纤锥度比0.4到0.12范围内的模场变化情况。
图5是在整个S+C+L波段中本模分复用器的各模式耦合效率和模式选择性。
图中所示：1是椭圆芯套管，2是LP01输入光纤，3是LP11a输入光纤，4是LP11b输入光纤，5是LP21a输入光纤，6是LP21b输入光纤、7是LP02输入光纤、8是LP31a输入光纤、9是LP31b输入光纤、10是第一段锥区、11是第二段锥区、12是拉锥前的区域。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。
选模式光子灯笼可以将同一模群中的模式从强耦合状态分离成弱耦合状态，从而在系统中避免MIMO数字信号处理系统的使用。为了进一步提高光子灯笼的信道数量，分离同一模群中的几种空间模式被认为是一种有效的解决方案。在圆形套管中插入不同芯径的输入光纤可以定向耦合多种空间模式。但是这种光子灯笼输出端得到的模群内仍然是强耦合状态，多路输入的时候还需要MIMO数字信号处理系统，本发明使用椭圆内芯套管可以有效的在输出端口区分模群内的所有模式，此时这种选模式光子灯笼不需要MIMO系统。
参见图1和图2所示，本发明提供了一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，包括椭圆芯套管1、八种输入光纤。
所述椭圆芯套管1的外壁为圆形；内芯为椭圆形腔体。所述八种输入光纤分别为LP01输入光纤2、LP11a输入光纤3、LP11b输入光纤4、LP21a输入光纤5、LP21b输入光纤6、LP02输入光纤7、LP31a输入光纤8和LP31b输入光纤9。
所述八种输入光纤设置在椭圆形腔体内，椭圆芯套管1分为拉锥前区域12、第一段锥区10和第二段锥区11；参见图1，所述LP01输入光纤2、LP02输入光纤7的轴心位于腔体内椭圆横截面的短轴上；LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤沿腔体内壁依次接触围成一圈，每根输入光纤的外壁与其相邻的输入光纤外壁相切，LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤的外壁和腔体内壁相切；整体按照图1的排列方式排列。
参见图2，所述第一段锥区10锥度比为d2/d1，第二段锥区11锥度比为d3/d2，第一段锥区10锥度比大于第二段锥区11锥度比；所述d1、d2分别为第一段锥区10的起始端和末端外径，所述d3为第二段锥区11的末端外径。
作为本发明的一个优选实施例，所述第一段锥区10的锥区长度L1小于第二段锥区11的锥区长度L2，第一段锥区10锥度比与第二段锥区11锥度比的乘积等于0.12。所述第一段锥区10和第二段锥区11总长度优选为100000μm。
作为本发明的一个优选实施例，所述椭圆芯套管1在拉锥前的区域12处外边缘轮廓的直径为1200μm，内芯中椭圆形横截面的长轴为236μm，短轴为172μm。
作为本发明的一个优选实施例，所述第一段锥区10锥度比为0.4，所述第二段锥区11锥度比为0.3，所述第一段锥区10的锥区长度L1为27000μm，第二段锥区11的锥区长度L2为73000μm。
作为本发明的一个优选实施例，所述LP01输入光纤2包层直径为80μm，纤芯直径为14μm；所述LP11a输入光纤3包层直径为74μm，纤芯直径为12.8μm；所述LP11b输入光纤4包层直径为74μm，纤芯直径为11.8μm；所述LP21a输入光纤5包层直径为60μm，纤芯直径为10.8μm；所述LP21b输入光纤6包层直径为60μm，纤芯直径为10μm；所述LP02输入光纤7包层直径为48μm，纤芯直径为9.2μm；所述LP31a输入光纤8包层直径为40μm，纤芯直径为8.6μm；所述LP31b输入光纤9包层直径为40μm，纤芯直径为8μm。
作为本发明的一个优选实施例，所述椭圆芯套管1的基底材料为折射率为在1550nm波长下折射率为1.444的二氧化硅。
作为本发明的一个优选实施例，所述八种输入光纤的基底材料均为二氧化硅，所述八种光纤的包层在1550nm波长下折射率为1.45，所述八种输入光纤的纤芯在1550nm波长下折射率为1.46。
本发明中所述的八种输入光纤基于一个包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤结构来制备。制备方法可以有两种：
第一种方法，利用拉丝塔进行制备：
首先，制备光纤预制棒，光纤纤芯折射率在1550nm波长下为1.46，光纤包层折射率在1550nm波长下折射率为1.45，保证包层外径与纤芯外径的比例为8.3333:1；
其次，通过调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤；
再次，在上步制备状态下再次调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第一光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第二光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第三光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第四光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第五光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第六光纤；
再次，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第七光纤；
最后，在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第八光纤；
最后，再通过使用氢氟酸将第一光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤、将第二光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤、将第三光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤、将第四光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤、将第五光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤、将第六光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤、将第七光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤、将第八光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
第二种方法，利用拉锥法来进行制备：
在初始光纤基础上通过调整不同的拉锥比来依次实现八种输入光纤的制备：
当拉锥比为0.933时得到纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第九光纤；
当拉锥比为0.853时得到纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第十光纤；
当拉锥比为0.787时得到纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第十一光纤；
当拉锥比为0.720时得到纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第十二光纤；
当拉锥比为0.667时得到纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第十三光纤；
当拉锥比为0.613时得到纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第十四光纤；
当拉锥比为0.573时得到纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第十五光纤；
当拉锥比为0.533时得到纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第十六光纤；
然后使用氢氟酸将第九光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤、将第十光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤、将第十一光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤、将第十二光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤、将第十三光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤、将第十四光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤、将第十五光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤、将第十六光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
实施例
如图1和2所示，一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其包括椭圆芯套管1、八种输入光纤。椭圆芯套管1分为第一段锥区10、第二段锥区11和拉锥前区域12，其中第一段锥区和第二段锥区总长度为100000μm，。所述八种输入光纤设置在椭圆芯套管1内。
所述椭圆芯套管1的基底材料为二氧化硅，其在1550nm波长下折射率为1.444；拉锥前外边缘轮廓为圆形，直径为1200μm，拉锥前在区域12处内芯为椭圆形，长轴为236μm，短轴为172μm。所述第一段锥区锥度比为0.4，锥区长度L1为27000μm；所述第二段锥区锥度比为0.3，锥区长度L2为73000μm。
拉锥前，所述LP01输入光纤包层直径为80μm，纤芯直径为14μm；所述LP11a输入光纤包层直径为74μm，纤芯直径为12.8μm；所述LP11b输入光纤包层直径为74μm，纤芯直径为11.8μm；所述LP21a输入光纤包层直径为60μm，纤芯直径为10.8μm；所述LP21b输入光纤包层直径为60μm，纤芯直径为10μm；所述LP02输入光纤包层直径为48μm，纤芯直径为9.2μm；所述LP31a输入光纤包层直径为40μm，纤芯直径为8.6μm；所述LP31b输入光纤包层直径为40μm，纤芯直径为8μm。所述八种输入光纤的基底材料在1550nm波长下折射率为1.45；纤芯在1550nm波长下折射率为1.46。
1、计算本发明中模式折射率演化过程。
本发明设计主体为选模式光子灯笼，选模式光子灯笼在绝热拉锥的全过程中，每个输入纤芯的LP01模式折射率随着锥度比的减小而降低。当锥度比减小到一定程度时，纤芯难以完全束缚光，此时纤芯中的光逸散到包层。最终输入纤芯的包层整体形成新的纤芯结构，而外套管做为新的包层结构对光进行限制。在以上演化过程中的一个基本要求是所有模式间的折射率变化曲线需要完全分离，否则就会出现模式串扰和信号失真的问题。因此在设计选模式光子灯笼时要注意，每个输入光纤的LP01模式折射率要有明显区分(>10-4)，并且输出端得到的椭圆纤芯少模光纤所容纳的八个空间模式间折射率也要满足少模光纤传输条件。为了实现高模式选择性，仅靠单模光纤做为输入光纤很难满足我们所需要的模式数，所以可以使用少模光纤做为输入光纤。需要注意的是，对于每个输入光纤的基模折射率必须大于任意输入少模光纤的其他模式折射率,否则绝热拉锥的过程中会导致模式串扰。具体地，在我们的结构中要求LP31b输入纤芯的LP01模式折射率大于LP01输入纤芯的LP11a模式折射率。
利用光束传播法对本发明进行计算分析，选取拉锥过程中的离散点建立平面二维波导结构，使用有限元法求解模式演化过程。各输入光纤中的模式折射率随锥度比的变化如图3所示。为了更好的观察拉锥过程中的模式演化，我们监视了锥度比0.4到0.12范围内的模场变化情况，如图4所示。
图3中每个输入光纤的模式折射率变化曲线都是独立的和无交叉的,这表明我们设计的结构可以满足每个空间模式的选择性输出。在锥度比为0.32时，LP31b输入纤芯的基模折射率首先下降到包层折射率(图3中虚线)以下。从此开始，每个输入光纤的基模依次向对应的高阶模式转换。
2、计算本发明在整个S+C+L波段下的各模式转换效率。
本发明所设计的结构参数在1550nm波长下具有很高的模式转换效率，但在实际应用中考虑到器件的适应性和容差能力，图5给出了在整个S+C+L波段中本模分复用器的各模式耦合效率和模式选择性。
分析结果得，在S+C+L的范围内，各模式的转换效率都能达到81％以上，模式选择性高于7.7dB。
综上所述，本发明基于光子灯笼结构，设计出的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，可以实现八种空间模式的复用和解复用。能极大的提高模分复用器的空间利用率。且在一个转换单元内同时实现多个模式的转换，能减少模分复用器件的数量，从而有效的降低插入损耗。本发明具有很好的定向耦合能力，各个模式都可以充分的的转换到对应的高阶模式。本发明在S+C+L的范围内，各模式的转换效率都能达到81％以上，模式选择性高于7.7dB。具有良好的宽带模式复用性能，在模分复用系统中具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的实施例，并非以此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书及附图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系统领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
包括椭圆芯套管(1)、八种输入光纤；
所述椭圆芯套管(1)的外壁为圆形；内芯为横截面为椭圆形的腔体；
所述八种输入光纤分别为LP01输入光纤(2)、LP11a输入光纤(3)、LP11b输入光纤(4)、LP21a输入光纤(5)、LP21b输入光纤(6)、LP02输入光纤(7)、LP31a输入光纤(8)和LP31b输入光纤(9)；
所述八种输入光纤设置在内芯内，椭圆芯套管(1)包括拉锥前区域(12)、第一段锥区(10)和第二段锥区(11)；
所述LP01输入光纤(2)、LP02输入光纤(7)的轴心位于腔体内椭圆横截面的短轴上；LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤沿腔体内壁依次接触围成一圈，每根输入光纤的外壁与其相邻的输入光纤外壁相切，LP01、LP31b、LP11b、LP21b、LP21a、LP11a和LP31a输入光纤的外壁和腔体内壁相切；
所述第一段锥区(10)锥度比为d2/d1，第二段锥区(11)锥度比为d3/d2，第一段锥区(10)锥度比大于第二段锥区(11)锥度比；所述d1、d2分别为第一段锥区(10)的起始端和末端外径，所述d3为第二段锥区(11)的末端外径。
2.根据权利要求1所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述第一段锥区(10)的锥区长度L1小于第二段锥区(11)的锥区长度L2，第一段锥区(10)锥度比与第二段锥区(11)锥度比的乘积等于0.12。
3.根据权利要求2所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述椭圆芯套管(1)在拉锥前的区域外壁直径为1200μm；内芯椭圆形横截面的长轴为236μm，短轴为172μm。
4.根据权利要求3所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述第一段锥区(10)锥度比为0.4，所述第二段锥区(11)锥度比为0.3。
5.根据权利要求4所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述第一段锥区(10)的锥区长度L1为27000μm，第二段锥区(11)的锥区长度L2为73000μm。
6.根据权利要求1所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述LP01输入光纤(2)包层直径为80μm，纤芯直径为14μm；所述LP11a输入光纤(3)包层直径为74μm，纤芯直径为12.8μm；所述LP11b输入光纤(4)包层直径为74μm，纤芯直径为11.8μm；所述LP21a输入光纤(5)包层直径为60μm，纤芯直径为10.8μm；所述LP21b输入光纤(6)包层直径为60μm，纤芯直径为10μm；所述LP02输入光纤(7)包层直径为48μm，纤芯直径为9.2μm；所述LP31a输入光纤(8)包层直径为40μm，纤芯直径为8.6μm；所述LP31b输入光纤(9)包层直径为40μm，纤芯直径为8μm。
7.根据权利要求1所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述椭圆芯套管(1)的基底材料为二氧化硅，其在1550nm波长下折射率为1.444。
8.根据权利要求7所述的一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼，其特征在于：
所述八种输入光纤的基底材料在1550nm波长下折射率为1.45；所述八种输入光纤的纤芯在1550nm波长下折射率为1.46。
9.一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼中的八种输入光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)制备光纤预制棒，光纤纤芯折射率在1550nm波长下为1.46，光纤包层折射率在1550nm波长下折射率为1.45，保证包层外径与纤芯外径的比例为8.3333:1；
2)通过调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤；
3)在上步制备状态下再次调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第一光纤；
4)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第二光纤；
5)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第三光纤；
6)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第四光纤；
7)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第五光纤；
8)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第六光纤；
9)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第七光纤；
10)在上步制备状态下进一步调整拉丝塔温度、送棒速度、牵引速度等参数，稳定制备出纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第八光纤；
11)使用氢氟酸将第一光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤，将第二光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤，将第三光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤，将第四光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤，将第五光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤，将第六光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤，将第七光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤，将第八光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
10.一种在S+C+L波段内支持八种空间模式的椭圆芯模式选择性光子灯笼中的八种输入光纤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)首先制备得到包层外径125μm，纤芯直径15μm的初始光纤；
2)在初始光纤基础上通过调整不同的拉锥比来依次实现八种输入光纤的制备：
当拉锥比为0.933时得到纤芯直径为14μm、包层外径为116.6667μm的第九光纤；
当拉锥比为0.853时得到纤芯直径为12.8μm、包层外径为106.6667μm的第十光纤；
当拉锥比为0.787时得到纤芯直径为11.8μm、包层外径为98.3333μm的第十一光纤；
当拉锥比为0.720时得到纤芯直径为10.8μm、包层外径为98μm的第十二光纤；
当拉锥比为0.667时得到纤芯直径为10μm、包层外径为83.3333μm的第十三光纤；
当拉锥比为0.613时得到纤芯直径为9.2μm、包层外径为76.6667μm的第十四光纤；
当拉锥比为0.573时得到纤芯直径为8.6μm、包层外径为71.6667μm的第十五光纤；
当拉锥比为0.533时得到纤芯直径为8μm、包层外径为66.6667μm的第十六光纤；
3)使用氢氟酸将第九光纤腐蚀到外径80μm得到LP01输入光纤，将第十光纤腐蚀到外径74μm得到LP11a输入光纤，将第十一光纤腐蚀到外径74μm得到LP11b输入光纤，将第十二光纤腐蚀到外径60μm得到LP21a输入光纤，将第十三光纤腐蚀到外径60μm得到LP21b输入光纤，将第十四光纤腐蚀到外径48μm得到LP02输入光纤，将第十五光纤腐蚀到外径40μm得到LP31a输入光纤，将第十六光纤腐蚀到外径40μm得到LP31b输入光纤。
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