CN218917706U - 一种少模态增益均衡光纤 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于光纤通信领域，具体涉及一种少模态增益均衡光纤。该光纤包括芯层和包裹所述芯层的包层，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率；所述芯层包括内芯层和外芯层，所述内芯层的折射率随半径的增大而增大，所述外芯层的折射率大于所述内芯层的折射率，外芯层的半径为内芯层半径的1.4‑3倍；所述包层包括内包层和外包层，所述外包层的折射率大于所述内包层的折射率。本实用新型采用特殊的折射率设计方案，通过调控不同模态的模场分布，实现对各模态的有效放大，降低各模态间的增益差异；该折射率设计，减弱模间串扰，实现了信号的均衡增益；引入折射率沟槽，避免了弯曲导致的模态耦合，在应用中大大降低弯曲损耗，提高了应用价值。
Description
技术领域
本实用新型属于光纤通信领域，具体涉及一种少模态增益均衡光纤。
背景技术
随着信息全球化，对网络数据流量和通信容量的需求越来越大，这使得单模光纤的传输速率已经接近香农极限，导致了通信容量的紧张。2009年提出的空分复用(SDM)技术成为提升光纤传输能力、突破容量极限的一个有效方法，并被认为是解决通信需求的关键技术。常用的空分复用技术是基于少模光纤的模分复用技术，模分复用(MDM)是目前解决单模光纤容量限制的一种有效方法。当光纤用于长距离信息传输时，会产生光纤损耗，因此需要光纤放大器来补偿传输过程中的损耗。为了实现长距离、高效率地传输，需要实现光纤放大器的增益均衡。因此在设计该光纤放大器时，要在提高各模态增益的同时，降低模态间的增益差，使各模态实现增益均衡。在实际应用中，该光纤放大器具有增益高、损耗低、模态串扰小等优点，有较好的应用前景。
在各种类型的多模光纤通信系统中，可以通过调节掺铒光纤的掺杂分布、改变泵浦强度以及光纤的折射率分布等方法实现不同模态间的增益均衡。尽管改变泵浦强度可以在一定程度上降低差分模态增益，但是随着多路复用的模态数量的增加，导致其制作工艺难度大和重新配置泵浦模态异常复杂。
中国专利CN112099129A提出了一种基于分层掺杂的空气孔少模增益均衡光纤，该光纤由于采用中心空气孔的设计，不能有效地利用纤芯，导致光纤内各模态增益最大值较低。
美国专利WO2020181586A1提出了一种低差模增益少模掺铒光纤放大器，该实用新型使用少模掺铒光纤，它可以通过改变泵浦模态来获得较小的差模增益，但需要对泵浦模态进行适当的配置，从而增加了系统搭建的难度。
中国专利CN111123427A提出了一种用于模态增益均衡的分层掺杂的阶跃折射率少模光纤，该光纤主要依赖掺杂离子分布的优化，其优化难度较大，增加了光纤制作过程的复杂程度。
美国专利WO2021143579A1提出了一种光纤滤波器以及光纤放大器，其中采用的光纤波导结构与专利CN111123427A基本相似，可以实现不同波长的光信号之间的增益均衡，但无法实现两个或两个以上模态的光信号增益均衡。
综上所述，现有技术不能很好地实现各模态间较低的增益差值。
实用新型内容
本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种少模态增益均衡光纤，采用特殊的折射率设计，可以调控光纤的模场分布与增益放大特性，不仅可以调控模态间的增益均衡，而且可以减少模态间的串扰。
按照本实用新型的技术方案，所述少模态增益均衡光纤，包括芯层和包裹所述芯层的包层，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率；
所述芯层包括内芯层和包裹所述内芯层的外芯层，所述内芯层的折射率随半径的增大而增大，所述外芯层的折射率大于所述内芯层的折射率，外芯层的半径为内芯层半径的1.4-3倍；所述包层包括内包层和包裹所述内包层的外包层，所述外包层的折射率大于所述内包层的折射率。
具体的，所述芯层和包层同轴设置。
本实用新型光纤可以实现对LP01、LP11、LP21、LP02模态的放大，并实现在C波段(1530nm-1565nm)4个LP模态的增益均衡。
进一步的，所述芯层为掺铒石英层。
进一步的，所述外芯层与所述内芯层的折射率差为0.001-0.003。
进一步的，所述内芯层的半径(外半径)为2.0μm-3.5μm。
进一步的，所述外芯层的半径(外半径)为3.0μm-6.0μm。
进一步的，所述外芯层与所述内包层的折射率差为0.005-0.011。
进一步的，所述外包层与所述内包层的折射率差为0.001-0.002。
进一步的，所述内包层的厚度(折射率沟槽宽度)为为1.5μm～3.9μm。
进一步的，所述包层外还包裹有涂覆层。
进一步的，所述涂覆层为有机树脂涂覆层。
本实用新型的技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型采用特殊的折射率设计方案，通过调控不同模态的模场分布，实现对各模态的有效放大，降低各模态间的增益差异；该折射率设计，减弱模间串扰，使光纤中信号光和泵浦光的光场达到最佳的交叠状态，实现信号的均衡增益；引入折射率沟槽，使光纤保持足够的模态间距，从而避免弯曲导致的模态耦合，在实际应用中大大降低弯曲损耗，提高了该光纤的应用价值。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图。
图2为本实用新型的另一种结构示意图。
图3为本实用新型的折射率剖面示意图。
附图标记说明：1-内芯层、2-外芯层、3-内包层、4-外包层、5-涂覆层；a为内芯层半径，b为外芯层外半径，c为内包层外半径，d为外包层外半径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。
如图1所示，本实用新型少模态增益均衡光纤，包括同轴设置的两层芯层和两层包层。其中，芯层为掺铒石英层，包括内芯层1和包裹内芯层1的外芯层2；包层包括内包层3和包裹内包层3的外包层4。如图2所示，在外包层4外还包裹有涂覆层5，涂覆层5可以采用有机树脂涂覆层。
同时，内芯层1的折射率n1随半径的增大而增大，外芯层2的折射率n2大于内芯层1的折射率n1，外芯层2的半径b为内芯层1半径a的1.4-3倍；外包层4的折射率n4大于内包层3的折射率n3。其光纤的折射率剖面示意图如图3所示。
具体的，外芯层2与内芯层1的折射率差为0.001-0.003，内包层3的折射率差为0.005-0.011，内包层3的折射率差为0.001-0.002。内芯层1的半径a为2.0μm-3.5μm，外芯层2的半径b为3.0μm-6.0μm。
实施例1少模态增益均衡光纤
其结构如图1所示，其中内芯层1的半径a为2.1μm，外芯层2的半径b为5.0μm，外芯层2的半径b和内芯层1的半径a的比值b/a为2.3，内芯层1的折射率n1和外芯层2的折射率n2的差为-0.001。内包层3内的折射率沟槽宽度为1.5μm，外芯层2的折射率n2和内包层3的折射率n3的差为0.005，内包层3的折射率n3和外包层4的折射率n4的差为-0.001。该光纤可以实现对LP01、LP11、LP21、LP02模态的放大，4个模态在C波段(1530nm到1565nm)的增益均处于21dB-22dB之间。
实施例2少模态增益均衡光纤
其结构如图1所示，其中内芯层1的半径a为3.0μm，外芯层2的半径b为7.0μm，外芯层2的半径b和内芯层1的半径a的比值b/a为2.33，内芯层1的折射率n1和外芯层2的折射率n2的差为-0.002。内包层3内的折射率沟槽宽度为3.9μm，外芯层2的折射率n2和内包层3的折射率n3的差为0.010，内包层3的折射率n3和外包层4的折射率n4的差为-0.00125。该光纤可以实现对LP01、LP11、LP21、LP02模态的放大，4个模态在C波段的增益均处于23dB-24dB之间。
实施例3少模态增益均衡光纤
其结构如图1所示，其中内芯层1的半径a为3.5μm，外芯层2的半径b为8.0μm，外芯层2的半径b和内芯层1的半径a的比值b/a为2.3，内芯层1的折射率n1和外芯层2的折射率n2的差为-0.003。内包层3内的折射率沟槽宽度为2.5μm，外芯层2的折射率n2和内包层3的折射率n3的差为0.011，内包层3的折射率n3和外包层4的折射率n4的差为-0.002。该光纤可以实现对LP01、LP11、LP21、LP02模态的放大，4个模态在C波段的增益均处于21.5dB-22.5dB之间。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种少模态增益均衡光纤，其特征在于，包括芯层和包裹所述芯层的包层，所述芯层的折射率大于所述包层的折射率；
所述芯层包括内芯层(1)和包裹所述内芯层(1)的外芯层(2)，所述内芯层(1)的折射率随半径的增大而增大，所述外芯层(2)的折射率大于所述内芯层(1)的折射率，外芯层(2)的半径为内芯层(1)半径的1.4-3倍；所述包层包括内包层(3)和包裹所述内包层(3)的外包层(4)，所述外包层(4)的折射率大于所述内包层(3)的折射率。
2.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述芯层为掺铒石英层。
3.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述外芯层(2)与所述内芯层(1)的折射率差为0.001-0.003。
4.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述内芯层(1)的半径为2.0μm-3.5μm。
5.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述外芯层(2)的半径为3.0μm-6.0μm。
6.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述外芯层(2)与所述内包层(3)的折射率差为0.005-0.011。
7.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述外包层(4)与所述内包层(3)的折射率差为0.001-0.002。
8.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述内包层(3)的厚度为为1.5μm～3.9μm。
9.如权利要求1所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述包层外还包裹有涂覆层(5)。
10.如权利要求9所述的少模态增益均衡光纤，其特征在于，所述涂覆层(5)为有机树脂涂覆层。
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