CN109581582A - 一种低损耗低串扰单芯两模光纤 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种低损耗低串扰单芯两模光纤；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损耗性能；采用大有效折射率差实现了低串扰性能；采用凹陷包层有效减小了弯曲损耗。

Description

一种低损耗低串扰单芯两模光纤
技术领域
本发明涉及一种低损耗低串扰单芯两模光纤，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[GuifangLi，Neng Bai，and Ningbo Zhao and Cen Xia，Space-division multiplexing：the nextfrontier in optical communication.Advances in Optics & Photonics，2014，6(4)：5041-5046；Guifang Li，Magnus Karlsson，Xiang Liu，and Yves Quiquempois，Focusissue introduction：space-division multiplexing，Opt.Express 2014，22，32526-32527；He Wen，Hongjun Zheng et al.Few-mode fibre-optic microwave photoniclinks[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(T.Hasegawa et al.Advances in ultra-lowloss silica fibers[J].Frontiers in Optics，2016，paper FTu2B.2；S.Ten.Ultra Low-loss Optical Fiber Technology[J].Optical Fiber Communication Conference，2016，paper Th4E.5；Yoshiaki Tamura.Ultra-low loss silica core fiber for long haultransmission[J].Optical Fiber Communication Conference，2018，paper M4B.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(PierreSillard et al.Few-Mode Fibers for Space-Division Multiplexed Transmissions[J]，European Conference & Exhibition on Optical Communication，2013.03(A1)：1-3；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，有望解决目前少模光纤的研究挑战，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。
发明内容
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，本发明提出了一种低损耗低串扰单芯两模光纤；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的优点，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的深入研究提供了重要支持。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出了一种低损耗低串扰单芯两模光纤；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；纤芯轴心为纯二氧化硅折射率n1＝1.444024，纤芯半径R1＝20μm；紧接着是内包层，内包层折射率n2＝1.442524，内包层外径R2＝30μm；再接着的是凹陷包层，凹陷包层折射率n3＝1.439724，凹陷包层外径是R3＝40μm；再往外是外包层，外包层折射率也是n2＝1.442524，外包层的外径是R4＝100μm；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。
本发明的有益效果如下：
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，实现了低损耗性能；该光纤采用大有效折射率差，实现了低串扰性能，进一步提高了光纤传输性能；
3.该光纤采用凹陷包层，可以有效减小弯曲损耗；
4.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；
5.该光纤中两模式的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是本发明一种低损耗低串扰单芯两模光纤横截面示意图；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)和掺氟二氧化硅内外包层(白色部分)组成；
图2给出了本发明所提光纤两个模式有效折射率随输入波长的变化情况，图2中带小圆圈和星号的实线分别表示LP01和LP11两种模式的有效折射率随入射光波长的变化情况；
图3是本发明所提光纤色散随着波长的变化情况，图3(a)中点线、点划线和实线分别表示LP11模式的材料色散DM、波导色散DW和总色散DT；
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不限于此。
实施例1 图1是本发明一种低损耗低串扰单芯两模光纤横截面示意图；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)和掺氟二氧化硅内外包层(白色部分)组成；纤芯轴心为纯二氧化硅折射率n1＝1.444024，纤芯半径R1＝20μm；紧接着是内包层，内包层折射率n2＝1.442524，内包层外径R2＝30μm；再接着的是凹陷包层，凹陷包层折射率n3＝1.439724，凹陷包层外径是R3＝40μm；再往外是外包层，外包层折射率也是n2＝1.442524，外包层的外径是R4＝100μm；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给出了本发明所提光纤两个模式有效折射率随输入波长的变化情况。图2中带小圆圈和星号的实线分别表示LP01和LP11两种模式的有效折射率随入射光波长的变化情况。图2可以得到，LP01和LP11的有效折射率差大于0.5×10-3，实现了低模式串扰性能；LP01和LP11的有效折射率随入射光波长增加而减小；对于同一入射波长，LP11模式的有效折射率比LP01模式的有效折射率要小；当入射波长为1.55μm时，LP01和LP11模式的有效折射率差为0.552×10-3。
图3是本发明所提光纤色散随着波长的变化情况，图3(a)中点线、点划线和实线分别表示LP11模式的材料色散DM、波导色散DW和总色散DT。由图可以看出材料色散和总色散的总体趋势随着波长的增加而增加。在波长范围1.43μm-1.65μm内，LP11的波导色散接近零色散且成平坦趋势，导致LP11的总色散与材料色散近似相等。图3(b)中实线和点划线分别代表LP01模式和LP11模式的波导色散DW随入射光波长的变化情况。由图可以看出，此光纤LP01和LP11两种模式的波导色散DW在1.5μm-1.65μm波长范围内接近零色散且成平坦趋势。总色散DT在波长范围1.5μm-1.65μm内处于20ps/(nm·km)附近，与文献[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]中的一致。
总之，所提出的光纤实现了低损耗、低串扰的两种模式运作。应当指出的是，具体实施方式只是本发明比较有代表性的例子，显然本发明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，以本发明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 (2)

1.一种低损耗低串扰单芯两模光纤；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；纤芯轴心为纯二氧化硅折射率n1＝1.444024，纤芯半径R1＝20μm；紧接着是内包层，内包层折射率n2＝1.442524，内包层外径R2＝30μm；再接着的是凹陷包层，凹陷包层折射率n3＝1.439724，凹陷包层外径是R3＝40μm；再往外是外包层，外包层折射率也是n2＝1.442524，外包层的外径是R4＝100μm；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。
2.根据权利要求1所述光纤，其性能特征在于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，实现了低损耗、低串扰的两模式少模运作，采用凹陷包层有效减小了弯曲损耗。
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