CN106324749B - 一种用于放大器的少模光纤 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于放大器的少模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层包括内芯层和外芯层，所述的内芯层相对折射率差Δ1为‑0.1％～0.2％，半径R1为2μm～5μm，所述的外芯层紧密围绕内芯层，外芯层相对折射率差Δ2为0.5％～1.5％，半径R2为6μm～12μm，所述包层紧密围绕外芯层，为纯石英玻璃层。本发明结构简单，易于制作；采用特定的的内凹环状芯层设计，能有效的提高模式之间的有效折射率差，降低模式耦合，从而更好的解决模式之间的耦合问题，通过抑制某些容易耦合的高阶模式，使得***所需要的传输模式之间的耦合降低，达到同时传输多个低串扰的高阶模式。

Description

一种用于放大器的少模光纤

技术领域

本发明涉及一种用于光通信放大器中的光纤，尤其涉及一种掺铒放大器用的少模光纤。

背景技术

单模光纤由于其传输速率快，携带信息容量大，传输距离远等优点，被广泛地应用于光通信网络之中。而近年来，随着通信及大数据业务对容量的需求与日俱增，网络带宽快速扩张，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限：100Tb/s。空分复用和模分复用技术可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输，是解决传输容量问题的最好方法。支持此复用技术的光纤即多芯光纤和少模光纤。

实验表明，使用少模光纤结合MIMO技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号。然而随着光纤中模式的增加，在传统光纤中，MIMO的过程将迅速的变得复杂，这将导致对于高阶模式的复用的成本和难度大大增加。

另一方面，为了在长距离光传输***中使用模分复用，需要在中间连接掺铒光纤放大器(EDFA)，目前针对模分复用的***设计中，EDFA是针对单模光纤传输设计的，当单模EDFA被用于模分复用***时，来自输入少模传输光纤的各个模式需要被分离，然后每个模式被转化为单模并通过单模EDFA被单独放大，在放大后，来自放大器的输出单模信号再被转化为少模传输光纤中的模式。这种过程是非常复杂并且成本很高的。

美国专利US8848285提出了用于同时放大多个模式的掺铒少模光纤及光纤放大器，该方案可以解决模式同时放大的问题，但当模式增多时，MIMO过程仍然很复杂。

事实上，当模式之间的耦合降低到一定程度的时候，可以避免使用MIMO，从而简化***，增加传输的可靠性和可扩展性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供了一种用于放大器的少模光纤，它不仅能有效的提高模式之间的有效折射率差，达到降低模式耦合同时传输多个低串扰的高阶模式的目的，而且能简化***。

为方便介绍发明内容，定义如下术语：

预制棒：是由芯层和包层组成的径向折射率分布符合光纤设计要求可直接拉制成所设计光纤的玻璃棒或组合体；

芯棒：含有芯层和部分包层的实心玻璃预制件；

半径：该层外边界与中心点之间的距离；

折射率剖面：光纤或光纤预制棒(包括芯棒)玻璃折射率与其半径之间的关系；

相对折射率差：

n_i和n₀分别为各对应光纤各部分的折射率和纯二氧化硅玻璃的折射率；

铝(Al)的贡献量：掺铝(Al)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔAl)，以此来表示掺铝(Al)量；

磷(P)的贡献量：掺磷(P)石英玻璃相对于纯石英玻璃的相对折射率差值(ΔP)，以此来表示掺磷(P)量；

MCVD工艺：用改良的气相沉积和烧结工艺制备所需厚度的石英玻璃；

溶液法：通过溶液浸泡的方法将稀土元素掺杂进预制棒中形成soot状的玻璃层中，并通过烧结的方式形成玻璃态结构。

气相法：通过气相掺杂的方法将稀土元素通入衬管内壁，并通过高温将气相的稀土离子直接沉积并形成掺杂的方式。

裸光纤：指光纤中不含涂覆层的玻璃丝。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层包括内芯层和外芯层，所述的内芯层相对折射率差Δ1为-0.1％～0.2％，半径R1为2μm～5μm；所述的外芯层紧密围绕内芯层，其相对折射率差Δ2为0.5％～1.5％，半径R2为6μm～12μm，所述包层紧密围绕外芯层，为纯石英玻璃层。

按上述方案，所述的外芯层相对折射率差从该芯层中心向内外两侧递减，递减呈阶跃型或渐变型。

按上述方案，所述的内芯层主要掺有铝(Al)和/或磷(P)，并掺杂少量铒(Er)，内芯层铝(Al)和/或磷(P)的总贡献量为0％～0.2％，铒(Er)的掺杂量小于或等于200ppm。

按上述方案，所述的外芯层主要掺有铝(Al)和磷(P)，并掺杂有铒(Er)，外芯层铝(Al)和磷(P)的总贡献量为0.5％～1.5％，铒(Er)的掺杂量为800ppm-4000ppm。

按上述方案，所述内芯层掺有锗(Ge)和/或氟(F)，以调整折射率大小。

按上述方案，所述光纤在1550nm波长处支持2个或2个以上稳定的传输模式。

按上述方案，所述光纤在1550nm波长处支持6个稳定的传输模式，分别是LP01，LP11，LP21和LP31，LP41和LP51。

按上述方案，所述光纤的LP01模式在弯曲半径为5mm时能够保持稳定的工作。

本发明的有益效果在于：1、采用特定的的内凹环状芯层设计，能够抑制普通少模光纤中传播的部分高阶模式，而这一部分被抑制的高阶模式与光纤中存在的传播模式具有相近的有效折射率，非常容易与传输模式之间形成串扰，影响信号的正常传输，通过抑制这部分高阶模式后，光纤中剩余的传播模式的有效折射率之间具有较大的差值，他们之间的串扰很低，从而有效的降低了模式之间的耦合，达到同时传输多个低串扰的高阶模式的目的。2、通过特定的掺杂设计，芯层中同时掺杂铝和磷，使得稀土铒离子在光纤中的溶解度提高，实现高浓度的稀土离子掺杂，从而在使用中能够实现较高的增益性能，同时，也改善了光纤的抗光子暗化性能，提高了光纤的使用寿命；3、通过结构设计和掺杂设计，实现了光纤在C波段各个模式之间的增益大小基本相似，并具有很好的弯曲性能。

附图说明

图1为本发明一个实施例的光纤径向截面结构示意图。

图2为本发明一个实施例的光纤折射率剖面示意图。

图3为本发明另一个实施例的光纤折射率剖面图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明的一个实施例如图1、2所示，包括有内、外两个芯层和一层包层。内芯层1由掺磷(P)的石英玻璃或掺有氟及其他掺杂剂(铒)的石英玻璃组成，相对折射率差为Δ1，由MCVD工艺制备。外芯层2紧密围绕内芯层，由MCVD工艺制备的铝(Al)和磷(P)共掺的石英玻璃组成，并可掺杂铒。包层3紧密围绕外芯层，为纯石英玻璃组成，由MCVD或OVD工艺制备，光纤包层的半径R3为62.5μm。

本实施例光纤的涂覆层采用双层涂覆工艺，拉丝速度为400-1000m/min，光纤的直径为125±2μm。

按照上述少模光纤的技术方案，在其所规定的范围内对光纤的参数进行设计，并通过已知的MCVD工艺等芯棒制造工艺根据光纤的设计要求制造芯棒，通过套管工艺、OVD工艺等外包工艺来完成整个预制棒的制造。

所拉制光纤的折射率剖面使用NR-9200设备(EXFO)进行测试，光纤的折射率剖面以及掺杂材料的主要参数如表1所示。

按照本发明的技术方案所制造的光纤，其在1550nm波长处支持三至六个稳定的传输模式，分别是LP01，LP11，LP21和LP31，LP41和LP51。如表2所示。

本发明另一个实施例的光纤折射率剖面图如图3所示，其主要特点在于所述的外芯层相对折射率差从该芯层中心向内外两侧递减，递减呈渐变型，外芯层最内侧相对折射率差等于或大于内芯层相对折射率差，外芯层最外侧相对折射率差等于或大于包层的相对折射率差。表1：实施例少模光纤的结构和材料组成

表2：实施例少模光纤的主要性能参数

Claims (5)

1.一种用于放大器的少模光纤，包括有芯层和包层，其特征在于所述的芯层包括内芯层和外芯层，所述的内芯层相对折射率差Δ1为-0.1％～0.2％，半径R1为2μm～5μm；所述的外芯层紧密围绕内芯层，其相对折射率差Δ2为0.5％～1.5％，半径R2为6μm～12μm，所述包层紧密围绕外芯层，为纯石英玻璃层；所述光纤在1550nm波长处支持2个或2个以上稳定的传输模式；所述的内芯层掺有铝和/或磷，并掺杂少量铒，内芯层铝和/或磷的贡献量为0％～0.05％，铒的掺杂量小于或等于200ppm；所述的外芯层主要掺有铝和磷，并掺杂有铒，外芯层铝和磷的总贡献量为0.5％～1.5％，铒的掺杂量为800ppm-4000ppm。

2.按权利要求1所述的用于放大器的少模光纤，其特征在于所述的外芯层相对折射率差从该芯层中心向内外两侧递减，递减呈阶跃型或渐变型。

3.按权利要求1或2所述的用于放大器的少模光纤，其特征在于所述内芯层掺有锗和/或氟。

4.按权利要求1或2所述的用于放大器的少模光纤，其特征在于所述光纤在1550nm波长处支持6个稳定的传输模式，分别是LP01，LP11，LP21和LP31，LP41和LP51。

5.按权利要求4所述的用于放大器的少模光纤，其特征在于所述光纤的LP01模式在弯曲半径为5mm时能够保持稳定的工作。

Images