CN209248071U

CN209248071U - 一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤

Info

Publication number: CN209248071U
Application number: CN201920124444.4U
Authority: CN
Inventors: 郑宏军; 于如愿; 黎昕
Original assignee: Liaocheng University
Current assignee: Liaocheng University
Priority date: 2019-01-23
Filing date: 2019-01-23
Publication date: 2019-08-13
Anticipated expiration: 2029-01-23

Abstract

本专利申请提出了一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤；该光纤由具有渐变折射率分布的纤芯、内包层、凹陷包层和外包层组成；该光纤采用纯二氧化硅的渐变折射率纤芯实现了低衰减和低差分模式群时延性能；该光纤采用大模场面积实现了低非线性系数；采用凹陷包层有效减小了弯曲损耗。

Description

一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤

技术领域

本专利申请涉及一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤，可应用于光纤光学、光纤通信、光纤无线接入、光学信息处理和新一代信息技术等领域。

背景技术

近年来，各种通信业务流量指数增长，单模光纤通信受到了前所未有的挑战。光纤通信业界围绕空分复用(包括芯式复用和模分复用及其结合)这一物理维度对通信网络传输容量实现了突破；空分复用中的多芯光纤和少模光纤研究成为前沿研究热点[He Wen，Hongjun Zheng et al.Few-mode fibre-optic microwave photonic links[J].Light：Science and Applications 2017，6，8；郑宏军，黎昕，白成林，啁啾脉冲在光纤中的传输，北京：科学出版社，2018，1-184]；纯二氧化硅纤芯可以有效地减少光纤衰减和熔接损耗，目前大都应用于单模光纤(Yoshiaki Tamura.Ultra-low loss silica core fiber forlong haul transmission[J].Optical Fiber Communication Conference，2018，paperM4B.1)。具有渐变折射率分布的少模光纤可以实现低差分模式群时延DMGD以及远场和近场具有相同模式宽度，并且不同模式下的有效折射率差(ERID)大于0.5x10^-3可以避免模式耦合(Roland Ryf.Switching and Multiplexing Technologies for Mode-DivisionMultiplexed Networks，Optical Fiber Communication Conference&Exposition，2017，Tu2c；郑宏军，黎昕，白成林，啁啾脉冲在光纤中的传输，北京：科学出版社，2018，1-184)。综上，若将纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布及少模光纤的概念有机融合，有望解决目前光纤通信光纤设计的研究挑战，有重要的学术价值和应用价值，研究意义重大、应用前景广阔。

实用新型内容

在国家自然科学基金(编号61671227和61431009)、山东省自然科学基金(ZR2011FM015)、“泰山学者”建设工程专项经费支持下，本专利申请提出了一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤；该光纤融合了纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布和少模光纤优点，为光纤光学、光纤通信、光纤无线接入、光学信息处理和新一代信息技术等领域深入研究提供了重要支持。本专利申请解决其技术问题所采用的技术方案是：

本专利申请提出了一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤；该光纤由具有渐变折射率分布的纤芯、内包层、凹陷包层和外包层组成；纤芯的半径为R1＝20μm，内包层外半径和凹陷包层内半径均为R2＝30μm，凹陷包层的外半径为R3＝40μm，外包层外半径为R4＝100μm；纤芯中心、内包层、凹陷包层和外包层的折射率分别为n1＝1.444024，n2＝1.442524，n3＝1.439724，n2＝1.442524；纤芯按照n＝1.444024[1-2Δ(r/a)²]^0.5渐变折射率分布，r是纤芯中任意一点到轴心的距离，a是纤芯外径，纤芯中心与内包层间折射率差光纤中模场特性可以通过改变纤芯、内外包层及凹陷包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。

本专利申请的有益效果如下：

1.该光纤实现了LP01和LP11两种模式的少模运作；

2.该光纤采用纯二氧化硅的渐变折射率纤芯实现了低衰减和低差分模式群时延性能；该光纤采用凹陷包层可以有效减小弯曲损耗；该光纤采用大模场面积实现了低非线性系数；

3.该光纤融合了纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布和少模光纤的优点，为光纤光学、光纤通信、光纤无线接入和光学信息处理、新一代信息技术等领域的深入研究提供了重要支持；

4.该光纤中模场特性可以通过改变纤芯、内外包层及凹陷包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。

附图说明

图1是本专利申请一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤横截面示意图；该光纤由具有渐变折射率分布的纤芯(左斜阴影部分)、凹陷包层(右斜阴影部分)和内外包层(白色部分)组成；

图2为本专利申请所提光纤有效模场面积(a)和非线性系数(b)随着入射光波长的变化情况，图2中带小圆圈和星号的实线分别代表LP01和LP11模式情况；

图3为本专利申请所提光纤差分模式群时延DMGD随入射光波长的变化情况。

具体实施方式

下面结合实施例和附图详细说明本专利申请的技术方案，但保护范围不限于此。

实施例1图1是本专利申请一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤横截面示意图；该光纤由具有渐变折射率分布的纤芯(左斜阴影部分)、凹陷包层(右斜阴影部分)和掺氟二氧化硅的内外包层(白色部分)组成；纤芯的半径为R1＝20μm，内包层外半径和凹陷包层内半径均为R2＝30μm，凹陷包层的外半径为R3＝40μm，外包层外半径为R4＝100μm；纤芯中心、内包层、凹陷包层和外包层的折射率分别为n1＝1.444024，n2＝1.442524，n3＝1.439724，n2＝1.442524；纤芯按照n＝1.444024[1-2Δ(r/a)²]^0.5渐变折射率分布，r是纤芯中任意一点到轴心的距离，a是纤芯外径，纤芯中心与内包层间折射率差光纤中模场特性可以通过改变纤芯、内外包层及凹陷包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。

图2为本专利申请所提光纤有效模场面积(a)和非线性系数(b)随着入射光波长的变化情况，图2(a)中带小圆圈和星号的实线分别代表LP01和LP11模式的有效模场面积。随着入射光波长的增加，两种模式的有效模场面积均随之增加；LP11模式的有效面积增加的更快；在给定的入射光波长下，LP01模式的有效模场面积要比LP11模式的小。在1.55μm处，LP01和LP11的有效模场面积分别约为单模光纤的6和9倍。图2(b)中带小圆圈和星号的实线分别代表LP01和LP11两种模式的非线性系数。两种模式的非线性系数在1.5μm-1.65μm波长范围内基本平坦，在1.55μm处，LP01和LP11的非线性系数比标准单模光纤的非线性系数小很多。

图3为本专利申请所提光纤差分模式群时延DMGD随入射光波长的变化情况。如图所示，在波长1.5μm-1.8μm范围内LP11模式的差分模式群时延很小，且呈平坦趋势。在波长为1.55μm时，LP₁₁的DMGD为-0.23ps/m，与以往参考文献中DMGD的值基本一致。

总之，所提出的光纤实现了低衰减、低差分模式群时延的两模式少模运作。所提出的光纤在较大波长范围内DMGD平坦分布。应当指出的是，具体实施方式只是本专利申请比较有代表性的例子，显然本专利申请的技术方案不限于上述实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员，以本专利申请所明确公开的或根据文件的书面描述毫无异议地得到的，均应认为是本专利所要保护的范围。

Claims

1.一种低衰减低差分模式群时延单芯两模光纤；其特征在于：该光纤由具有渐变折射率分布的纤芯、内包层、凹陷包层和外包层组成；纤芯的半径为R1＝20μm，内包层外半径和凹陷包层内半径均为R2＝30μm，凹陷包层的外半径为R3＝40μm，外包层外半径为R4＝100μm；纤芯中心、内包层、凹陷包层和外包层的折射率分别为n1＝1.444024，n2＝1.442524，n3＝1.439724，n2＝1.442524；纤芯按照n＝1.444024[1-2Δ(r/a)²]^0.5渐变折射率分布，r是纤芯中任意一点到轴心的距离，a是纤芯外径，纤芯中心与内包层间折射率差光纤中模场特性可以通过改变纤芯、内外包层及凹陷包层的尺寸、位置和折射率分布来改变；该光纤采用纯二氧化硅的渐变折射率纤芯实现了低衰减和低差分模式群时延性能；该光纤采用大模场面积实现了低非线性系数；采用凹陷的折射率包层有效减小了弯曲损耗。