CN221281262U - 一种环形异质多芯光纤 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环形异质多芯光纤，包括多层纤芯和公共的包层，每层纤芯是由三个纤芯组成，这三个纤芯排布为正三角形，包层内至少有两层正三角形排布的纤芯，所有正三角形的中心重合，正三角形的边长由内向外逐层增加。所述本发明的多芯光纤具有纤芯空间结构分布合理、芯间串扰低等特性，适合大容量高传输质量的大容量空分复用光纤通信系统。
Description
技术领域
本发明涉及光纤通信领域的一种多芯光纤，尤其涉及一种环形异质多芯光纤。
背景技术
为了便于理解，本发明涉及的专业术语如下：
SMF：单模光纤(Single Mode Fiber)。
MCF：多芯光纤(Mode Selective Coupler)。
MDM：模分复用(Mode Division Multiplexing)。
QAM:正交振幅调制(QuadratureAmplitude Modulation)。
QPSK:正交相移键控(Quadrature Phase Shift Keying)。
MIMO:多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Out-put)。
香农极限(Shannon limit)：通信信道的香农极限或香农容量(Shannoncapacity)是针对特定噪声水平的信道的理论最大信息传输速率。著名的香农定理用公式给出:C＝B×log2(1+S/N)，其中C是可得到的链路速度(信道容量)，B是链路的带宽，S是平均信号功率，N是平均噪声功率，信噪比(S/N)通常用分贝(dB)表示，分贝数＝10×lg(S/N)。
从光纤通信容量发展趋势来看，基于目前广泛采用的波分复用(WDM)及各种高级调制技术(QAM、QPSK等)，现有光纤通信系统已经逼近并很快将达到标准单模光纤(SMF)传输容量的香农极限。5G(第5代移动通信)使用的低频频段，主要是通过多输入与多输出技术(MIMO)，非正交复用技术(NOMA)来提升信道的容量。到了6G阶段，由于5G技术已经逼近“香农极限”，所以会采取提升信道带宽的方式，而信道的带宽核心在于“信息承载的媒质—光纤材料”。5G传输的数据爆炸式增长，6G面临许多新的传输难题，如何突破传输容量瓶颈已迫在眉睫。
多芯光纤(Multi-core Fiber)是一种特殊类型的光纤，与传统的单芯光纤不同，它在一个包层中包含多个纤芯。每个纤芯都是一个独立的传输通道，可以传送独立的光信号。多芯光纤可以同时传输多个信号，使得光纤的传输能力大大增强。传统的单芯光纤在长距离传输中存在一些限制，因为光信号在传输过程中会遇到信号衰减和色散等问题。而多芯光纤通过在同一根光纤中使用多个独立的光学纤芯，克服了这些限制，大大增加传输容量。具有较高的网络灵活性：可以用于构建更加灵活的光通信网络，支持更多的连接方式和拓扑结构。节省了空间和成本：相比于使用多根单芯光纤，多芯光纤可以在同一根光纤中实现多个通道的传输，从而节省了空间和光纤铺设成本。
多芯光纤的应用包括高容量数据传输、数据中心互连、分布式传感和光网络等领域。随着通信技术的不断发展，多芯光纤有望在未来的光通信领域发挥越来越重要的作用。
为此，科学家们开展了大量的研究。中国专利CN11474626A提出了一种多芯光纤，该多芯光纤具有八个芯层，但仅包含一种纤芯和较低的芯间距，不能获得较好的串扰性能。
中国专利CN115166894A提出了一种多芯光纤，该多芯光纤具有多层芯层结构和两种纤芯类型，但每层芯层都只各包含同一种类型的纤芯，相较简单的环形排布多芯光纤结构在串扰的降低方面并没有太大的优势，仅仅提升了传输容量。
日本专利JP2022052465(A)提出了一种多芯光纤，此种多芯光纤在环形排布的基础上以一定的方式进行了错位排布，但仅含有一层结构，无法获得较高的传输容量，相较错位之前，最大串扰也没有得到降低。
发明内容
本实用新型的目的：综上所述，现有报道的实用新型专利不能够很好地解决大容量空分复用光纤通信系统领域对多芯光纤的技术需求，本实用新型为解决下一代光纤通信系统模式复用技术的实用化重大需求，提出了一种环形异质多芯光纤。
一种环形异质多芯光纤，包括多层纤芯和公共的包层，每层纤芯是由三个纤芯排布为正三角形，包层内至少有两个层正三角形纤芯，所有正三角形的中心重合，正三角形的边长由内向外逐层增加，每层正三角形逐层旋转一定角度。
任意一层正三角形由三种不同类型的纤芯组成。
每层正三角形的三种纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差为Δ，Δ∈[0.00443,0.00685]。
该多芯光纤最内层正三角形的边长为bμm，每层三角排布的边长为b*cdμm，其中c代表当前正三角形的层数，d代表每层正三角形的边长放大比例。b∈[30,40]，d∈[1.15,1.65]。
包层内正三角形的层数为a，a大于等于2。
每层正三角形纤芯相较于其前一层正三角形旋转60°、120°或180°。
当正三角形的层数为2层时，第二层相较于第一层旋转180°；当正三角形的层数为3层时，第二层相较于第一层旋转60°，第三层相较于第二层旋转180°。当正三角形的层数为4层或更多时，逐层相较于前一层旋转60°。
在1530nm-1565nm波长处，实现3*a个不同信道的的复用实现稳定传输。
在1530nm-1565nm波长处，所有纤芯之间的芯间串扰均优于-55dB/100km，传输损耗均优于0.25dB/km。
与现有技术相比，本实用新型的优点如下：
(1)解决多芯光纤的串扰，通过将单模光纤的能量耦合到多芯光纤的不同纤芯中，实现多路信道在多芯光纤中的传输，以实现空分复用来增大信息的传输能力，本实用新型在1530-1565nm通过正三角异质纤芯排布降低相邻纤芯之间的串扰，实现优于-55dB/100km的芯间串扰。
(2)本实用新型相较于其他类型的多芯光纤设计，通过正三角的纤芯排布方式，方便对对每层纤芯的差分群延时性能进行评估。
(3)本实用新型实现对正三角纤芯排布的多芯光纤设计，可以自由根据具体情况选择需要的信道数量，具有优良的灵活性，可以提高光纤通信的容量。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是本实用新型中实施实例1的多芯光纤示意图。多芯光纤的具有2层正三角形纤芯排布，每层排布具有三种不同折射率的纤芯，即6个传输信道。2层的纤芯排布之间具有一定角度的旋转错位，在每种纤芯之间获得最大的芯间距以降低串扰。
图2是本实用新型中实施实例2的多芯光纤示意图。多芯光纤的具有3层正三角形纤芯排布，每层排布具有三种不同折射率的纤芯，即9个传输信道。3层的纤芯排布之间具有一定角度的旋转错位，在每种纤芯之间获得最大的芯间距以降低串扰。
图3是本实用新型中实施实例3的多芯光纤示意图。多芯光纤的具有4层正三角形纤芯排布，每层排布具有三种不同折射率的纤芯，即12个传输信道。4层的纤芯排布之间具有一定角度的旋转错位，在每种纤芯之间获得最大的芯间距以降低串扰。
图4是尺寸和角度变化图。
具体实施方式
参见附图1、图2和图3所示，本实用新型提供一种环形异质多芯光纤，由不同种类的纤芯、多层正三角纤芯排列的多个纤芯和公共的包层组成。其特征在于：该多芯光纤具有a层正三角形纤芯排列的三角层，a∈[2,5]。最内层三角层的边长为bμm，b∈[30,40]。任意一个三角层上包含三种不同类型的纤芯，三种纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差Δ为Δ∈[0.00443,0.00685]。每层三角排布的边长为b*cdμm，其中c代表当前正三角形的层数，d代表每层正三角排布的边长放大比例，d∈[1.15,1.65]。每层三角排布的纤芯排列方式以e*60°的角度进行旋转，e∈[1,3]。使得相同结构的纤芯之间获得较大芯间距以降低串扰。该多芯光纤在C波段(1530-1565nm)可以实现3*a个不同信道的最大串扰优于-55dB/100km的高质量稳定传输。
实施实例一：
本实用新型提供一种环形异质多芯光纤(附图1)，该多芯光纤由不同种类的纤芯、多层正三角纤芯排列的多个纤芯和公共的包层组成。其特征在于：该多芯光纤具有2层正三角形纤芯排列的三角层。最内层三角层的边长为40μm。任意一个三角层上包含三种不同类型的纤芯，三种纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差Δ为0.00440、0.00462、0.00584。每层三角排布的边长为40*c1.25μm，其中c代表当前正三角形的层数。每层三角排布的纤芯排列方式以60°的角度进行旋转。使得相同结构的纤芯之间获得较大芯间距以降低串扰。该多芯光纤在C波段(1530-1565nm)可以实现6个不同信道的最大串扰优于-65.2dB/100km，传输损耗优于0.19dB/km的高质量稳定传输。
实施实例二：
本实用新型提供一种环形异质多芯光纤(附图2)，该多芯光纤由不同种类的纤芯、多层正三角纤芯排列的多个纤芯和公共的包层组成。其特征在于：该多芯光纤具有3层正三角形纤芯排列的三角层。最内层三角层的边长为35μm。任意一个三角层上包含三种不同类型的纤芯，三种纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差Δ分别为0.00500、0.00593、0.00652。每层三角排布的边长为35*c1.4μm，其中c代表当前正三角形的层数。每层三角排布的纤芯排列方式以120°的角度进行旋转。使得相同结构的纤芯之间获得较大芯间距以降低串扰。该多芯光纤在C波段(1530-1565nm)可以实现9个不同信道的最大串扰优于-61.4dB/100km，传输损耗优于0.23dB/km的高质量稳定传输。
实施实例三：
本实用新型提供一种环形异质多芯光纤(附图3)，该多芯光纤由不同种类的纤芯、多层正三角纤芯排列的多个纤芯和公共的包层组成。其特征在于：该多芯光纤具有4层正三角形纤芯排列的三角层。最内层三角层的边长为30μm。任意一个三角层上包含三种不同类型的纤芯，三种纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差Δ分别为0.00443、0.00542、0.00685。每层三角排布的边长为30*c1.65μm，其中c代表当前正三角形的层数。每层三角排布的纤芯排列方式以120°的角度进行旋转。使得相同结构的纤芯之间获得较大芯间距以降低串扰。该多芯光纤在C波段(1530-1565nm)可以实现12个不同信道的最大串扰优于-56.2dB/100km，传输损耗优于0.20dB/km的高质量稳定传输。
以上实施示例多芯光纤的主要性能指标见表1。
表1实施示例光纤波导的主要性能指标
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域专业技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。
以上所述仅为本申请的较佳实例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种环形异质多芯光纤，包括多层纤芯和公共的包层，其特征在于：每层纤芯是由三个纤芯组成，这三个纤芯排布为正三角形，包层内至少有两层正三角形排布的纤芯，所有正三角形的中心重合，正三角形的边长由内向外逐层增加。
2.根据权利要求1所述环形异质多芯光纤，其特征在于：该多芯光纤最内层正三角形的边长为bμm，每层三角排布的边长为b*cdμm，其中c代表当前正三角形的层数，d代表每层正三角形的边长放大比例。
3.根据权利要求1所述环形异质多芯光纤，其特征在于：每个纤芯在1550nm波长处的芯包折射率差为Δ，Δ∈[0.00443,0.00685]。
4.根据权利要求2所述环形异质多芯光纤，其特征在于：b∈[30,40]，d∈[1.15,1.65]。
5.根据权利要求1所述环形异质多芯光纤，其特征在于：包层内正三角形的层数为a，a大于等于2。
6.根据权利要求5所述环形异质多芯光纤，其特征在于：每层正三角形纤芯相较于其前一层正三角形旋转60°、120°或180°。
7.根据权利要求6所述环形异质多芯光纤，其特征在于：当正三角形的层数为2层时，第二层相较于第一层旋转180°；当正三角形的层数为3层时，第二层相较于第一层旋转60°，第三层相较于第二层旋转180°。
8.根据权利要求7所述环形异质多芯光纤，其特征在于：当正三角形的层数为4层或更多时，逐层相较于前一层旋转60°。
9.根据权利要求1-8任一项所述环形异质多芯光纤，其特征在于：任意一层正三角形由三种不同类型的纤芯组成。
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