一种本征模完全分离的退简并多模光纤制造技术

本发明专利技术涉及一种本征模完全分离的退简并多模光纤。该退简并多模光纤包括双折射纤芯、应力区和包层。双折射纤芯提供形状结构双折射，采用椭圆纤芯或椭圆环形纤芯结构。应力区提供应力附加双折射，采用圆形(熊猫型)或扇环(领结型/蝴蝶型)结构。形状结构双折射和应力附加双折射相叠加，使得支持多通道本征模同时实现所有本征模间有效折射率差皆大于1×10

【技术实现步骤摘要】
一种本征模完全分离的退简并多模光纤
本专利技术属于光通信领域，涉及一种本征模完全分离的退简并多模光纤。
技术介绍
研究表明，随着信息爆炸和大数据时代的到来，互联网数据流量每年约增长60％，根据这一趋势，社会信息总量在今后10～30年内预计将增长2～4个数量级。高速大容量是光通信永恒的发展主题。然而，现有的提高光通信容量的各种复用技术(如波分复用技术、时分复用技术和偏振复用技术等)以及先进高级调制技术已接近其容量极限，光通信出现新容量危机。为了进一步提高光通信系统的容量，利用光波空间维度资源的空分复用技术近年来吸引了越来越多的关注，其可以实现光通信可持续扩容，有望解决光通信新容量危机。空分复用技术利用光波的空间维度，包括基于多芯光纤的多芯复用技术，基于少模光纤、多模光纤、环形光纤的模分复用技术，以及基于多芯少模光纤、多芯多模光纤的多芯模分复用技术。其中，模分复用技术是指将不同的正交空间模式，比如线偏(LP)模式和轨道角动量(OAM)模式等空间模式基，作为不同的传输信道载体，携带不同的数据信息，通过空间复用传输有效提升光通信容量和频谱利用效率。然而，目前已经报道的大多数模分复用技术所采用的模式通道数较少，且模式之间串扰较大，这使得在使用模分复用技术时需要同时辅助以多进多出数字信号处理(MIMO-DSP)技术来缓解模式串扰的影响，这增加了光通信系统的复杂度和成本。特别地，当模分复用模式通道数目增多时，模式之间的串扰越发严重，需要更大规模的MIMO-DSP技术辅助实现模分复用，MIMO-DSP的复杂度随着通道数目的增多急剧的增加，这严重制约了多通道模分复用技术的发展。事实上，目前应用于光纤模分复用技术的LP模式和OAM模式等，本质上都是由光纤中的本征模线性叠加而成，而光纤本征模本身也是相互正交且可以作为一个空间模式基，因此，除了基于LP模式和OAM模式的模分复用技术，基于光纤本征模本身也可以进行模分复用，使用光纤本征模更加直接。与此同时，模分复用技术，也包括基于光纤本征模的模分复用技术，希望模式通道数越多越好，模式间串扰越低越好。多通道模式复用可以更有效提升光通信容量和频谱利用效率。低模式串扰模式复用可以避免使用MIMO-DSP技术，类似低串扰波分复用技术那样，有效降低模式复用复杂度。然而，大多数光纤中支持的模式都存在简并现象。比如：弱导少模光纤和多模光纤中，构成LP模式的本征模有效折射率近乎相等(LP11模式由TM01、TE01、HE21奇和HE21偶构成)，模式四重简并。普遍认为，当光纤中支持的相邻模式间有效折射率差大于1×10-4时，认为模式发生分离(模式退简并)，有些类似保偏光纤，模式间的串扰较低，在模式复用传输时可以忽略模式间的串扰，可以实现低模式串扰的模式复用。比如：高折射率环形光纤中，本征模式HE、EH、TE、TM间有效折射率差可以大于1×10-4实现分离，不过，HE模式的奇模和偶模以及EH模式的奇模和偶模仍然为两重简并模式，有效折射率近乎相等，未能实现所有本征模(含奇模和偶模)完全分离和退简并。再比如，对于一些保偏光纤(熊猫型、领结型或蝴蝶型应力双折射保偏光纤和椭圆纤芯保偏光纤)，虽然也可以实现模式分离，但模式通道数较少，且难以实现所有本征模完全分离。这些都无法满足多通道低串扰模式复用的需求。在此背景下，迫切需要设计一种可以支持多通道模式且所有本征模完全分离的退简并多模光纤。
技术实现思路
针对以上问题，本专利技术提供一种本征模完全分离的退简并多模光纤，用于直接基于光纤本征模复用的模分复用传输领域，解决现有光纤模分复用传输存在的模式通道数少、模式串扰大、需要MIMO-DSP辅助等技术问题。本专利技术提供的一种本征模完全分离的退简并多模光纤，其包括双折射纤芯、应力区和包层。所述双折射纤芯是指在水平和垂直方向上不对称的纤芯，其目的在于使得光纤在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。双折射纤芯提供形状结构双折射，双折射纤芯尺寸越大折射率越大，光纤中可以支持的完全分离的本征模式数目越多，目前工艺能够达到且比较成熟的纤芯折射率与包层折射率差一般不超过2.5％；应力区提供应力附加双折射，应力区掺硼摩尔百分比越大，应力双折射越大，光纤中本征模式间有效折射率差越大，目前工艺上掺硼摩尔百分比一般不超过33％。掺硼摩尔百分比也影响应力区折射率，掺硼越多折射率越小。优选的，所述光纤折射率参数关系为：双折射纤芯>包层>应力区。优选的，所述双折射纤芯的折射率分布可以是阶跃折射率分布，也可以是渐变折射率分布。优选的，所述本征模完全分离的退简并多模光纤支持多个通道光纤本征模式，且所有光纤本征模式之间的有效折射率差均大于1×10-4，多个通道光纤本征模式间低串扰。进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆纤芯结构，椭圆纤芯材料包括掺杂二氧化锗、二氧化钛或五氧化二磷的二氧化硅材料。椭圆纤芯短半轴扫描范围可以取3～6μm，椭圆纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。进一步的，所述应力区采用掺杂五氧化二硼或氟的二氧化硅材料，包层采用纯二氧化硅材料。进一步的，两个相同的圆形应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。圆形应力区边界与椭圆纤芯边界间距离的扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。圆形应力区半径扫描范围可以取10～25μm。进一步的，两个相同的扇环应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述扇环的圆心与椭圆纤芯中心重合。扇环应力区内环边界与椭圆纤芯边界间距离的扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。扇环应力区外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区夹角扫描范围可以取90°～150°。进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆环形纤芯结构，两个相同的圆形应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同。椭圆环形纤芯的内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯环状区域短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。圆形应力区边界与椭圆环形纤芯外环边界间距离扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。圆形应力区半径扫描范围可以取10～25μm。进一步的，所述双折射纤芯采用椭圆环形纤芯结构，两个相同的扇环应力区对称设在椭圆环形纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层。其中，所述扇环的圆心与椭圆纤环形芯中心重合，所述椭圆环形纤芯的内环和外环为中心重合、长短轴皆同方向且椭圆率大小相等的椭圆形，内环和外环中间区域为纤芯，内环内部区域材料和包层材料相同。椭圆环形纤芯的内环短半轴扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯环状区域短半轴宽度扫描范围可以取1～5μm。椭圆环形纤芯椭圆率扫描范围可以取1～4。扇环应力区内环边界与椭圆环形纤芯外环边界间距离扫描范围可以取1～3μm，该距离过大或过小都会减小应力附加双折射效应。扇环应力区外环半径扫描范围可以取40～55μm。扇环应力区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，其包括双折射纤芯、应力区和包层；所述双折射纤芯是指在水平和垂直方向上不对称的纤芯，其目的在于使得光纤在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。

【技术特征摘要】
1.一种本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，其包括双折射纤芯、应力区和包层；所述双折射纤芯是指在水平和垂直方向上不对称的纤芯，其目的在于使得光纤在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。2.根据权利要求1所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，其支持多个通道光纤本征模式，且所有光纤本征模式之间的有效折射率差均大于1×10-4，多个通道光纤本征模式间低串扰。3.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯、应力区和包层的折射率参数关系为：双折射纤芯>包层>应力区。4.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆形结构，形成椭圆纤芯，两个相同的圆形应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成熊猫型应力区结构，包层为圆形包层。5.根据权利要求1或2所述的本征模完全分离的退简并多模光纤，其特征在于，所述双折射纤芯为位于光纤中心的椭圆形结构，形成椭圆纤芯，两个相同的扇环应力区对称设在所述椭圆纤芯短轴两侧，构成领结型(蝴蝶型)应力区结构，包层为圆形包层；其中，所述扇环的圆心与椭圆纤芯中心重合。6.根据权利要求1或2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，陈诗，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42