CN208969268U - 一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤 - Google Patents
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Abstract
本专利申请提出了一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤;光纤由六个具有渐变折射率分布的纤芯、折射率沟槽和掺氟二氧化硅包层组成;实现了高模场密度、低损耗、低串扰的超模运作,采用凹陷的折射率包层有效减小了弯曲损耗。
Description
技术领域
本专利申请涉及一种新型光纤,具体涉及一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤,可应 用于通信网络、光学信息处理、新一代信息技术等领域。
背景技术
近年来,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[Guifang Li,Neng Bai,and Ningbo Zhao and Cen Xia,Space-divisionmultiplexing:the next ffontier in optical communication.Advances in Optics&Photonics,2014,6(4):5041-5046; Guifang Li,Magnus Karlsson,Xiang Liu,and YvesQuiquempois,Focus issue introduction:space- division multiplexing,Opt.Express2014,22,32526-32527;He Wen,Hongjun Zheng,et al.Few- mode fibre-opticmicrowave photonic links[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,2018.1,1-184];一种多实芯强耦合的超模光纤也得到了大家的关注;多实芯超模光纤本质上是具有更大的有效模场面积、 模场密度大、低模式依赖损耗、低模式耦合和低差分模式群时延的少模光纤[Cen Xia,Neng Bai, Ibrahim Ozdur,et al.,Supermodes for optical transmission,OpticsExpress,2011,19(17):16653- 16664;Cen Xia,Neng Bai,Rodrigo Amezcua-Correa,etal.,Supermodes in strongly-coupled multi- core fibers,OFC 2013,OTh3K.5;YuRuyuan,Hongjun Zheng et al.A novel three-ring-core few- mode fiber with largeeffective area and low nonlinear coefficient[J],Optoelectronics Letters.2018,14(1):30-35];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.2016.Advances in ultra-low loss silica fibers[J].Frontiers in Optics,paper FTu2B.2;S.Ten.2016.Ultra Low-loss Optical FiberTechnology[J].Optical Fiber Communication Conference,paper Th4E.5;YoshiakiTamura.2018.Ultra-low loss silica core fiber for long haul transmission[J].Optical Fiber Communication Conference,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(Pierre Sillard et al.Few-Mode Fibers for Space-Division Multiplexed Transmissions[J],EuropeanConference&Exhibition on Optical Communication,2013.03(A1):1-3;RolandRyf.Switching and Multiplexing Technologies for Mode-Division MultiplexedNetworks[D],Optical Fiber Communication Conference& Exposition,2017,Tu2c)。综上,若将纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布及多实芯强耦合的超模 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。
实用新型内容
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,本专利申请提出了一种渐变折射率分布六芯强耦合两 模光纤,该光纤融合了纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布和多实芯超模光纤的优点,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。
本专利申请解决其技术问题所采用的技术方案是:
本专利申请提出了一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤;光纤由六个具有渐变折射 率分布的纤芯、折射率沟槽和掺氟二氧化硅包层组成;六个纤芯的半径均为R1=3μm,沟槽 的内半径为R2=20μm,沟槽的外半径为R3=30μm,包层半径为R4=62.5μm;六个纤芯 的中心坐标依次为(6μm,0),(3μm,μm),(-3μm,μm),(-6μm,0),(-3μm,- μm),(3μm,μm);六个纤芯中心、沟槽和纯二氧化硅包层的折射率分别为n1= 1.444024,n2=1.433524,n3=1.437024;每个纤芯按照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,纤芯中心与包层间折射率差 ncore是纤芯中心折射率, ncladding是相应包层折射率;该光纤受入射光激发,六个纤芯中的光纤模式出现强耦合,实现 了大有效模场面积、低非线性系数、高模场密度、低差分模式群时延的超模运作,从而进一 步提高光纤传输性能;光纤中超模的模场特性可以通过改变纤芯、包层及凹陷的折射率包层 的尺寸、位置和折射率分布来改变。
本专利申请的有益效果如下:
1.六个纤芯中的光纤模式出现强耦合,实现了高模场密度、低损耗、低串扰的超模运 作,从而进一步提高光纤传输性能;
2.该光纤凹陷的折射率包层,可以有效减小弯曲损耗;
3.该光纤融合了纯二氧化硅纤芯、渐变折射率分布和多实芯超模光纤的优点,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。
4.该光纤中超模的模场特性可以通过改变纤芯、包层及凹陷的折射率包层的尺寸、 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六芯强耦合两模光纤横截面示意图;光纤由六个渐变折 射率分布的纤芯(左斜阴影部分)、折射率沟槽(右斜阴影部分)和掺氟二氧化硅包层(白 色部分)组成。
图2给出了在1.55μm波长下两个超模LP01和LP11的电场分布。图中等位线表征入射光电场的强弱,密度越大,电场越强。如果我们考虑偏振和空间简并,所提出的光纤可 以支持6种超模,例如LP01 X,LP01 Y,LP11a X,LP11a Y,LP11b X和LP11b Y;由于 Y偏振模式与X偏振模式的电场分布类似,图中仅给出了X偏振模式电场分布。
图3显示两个超模的有效折射率随输入波长的变化情况。具有正方形和圆形的实线分别 为LP01和LP11超模情况。
具体实施方式
下面结合实施例和附图详细说明本专利申请的技术方案,但保护范围不限于此。
实施例1图1是本专利申请一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤示意图。光纤由 六个具有渐变折射率分布的纤芯(左斜阴影部分)、折射率沟槽(右斜阴影部分)和掺氟二 氧化硅包层(白色部分)组成;六个纤芯的半径均为R1=3μm,沟槽的内半径为R2=20μm,沟槽的外半径为R3=30μm,包层半径为R4=62.5μm;六个纤芯的中心坐标依次为(6 μm,0),(3μm,μm),(-3μm,μm),(-6μm,0),(-3μm,μm),(3μm,μm); 六个纤芯中心、沟槽和纯二氧化硅包层的折射率分别为n1=1.444024,n2=1.433524,n3= 1.437024;每个纤芯按照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,纤芯中心与包层间折射率差 ncore是纤芯中心折射率,ncladding是相应包层折射率;光纤中超模的模场特性可以通过改变纤芯、包层及凹陷的折射率包层的尺寸、位置和折射率 分布来改变。
图2给出了在1.55μm波长下两个超模LP01和LP11的电场分布。图中等位线表征入射光电场的强弱,密度越大,电场越强。如果我们考虑偏振和空间简并,所提出的光纤可 以支持6种超模,例如LP01 X,LP01 Y,LP11a X,LP11a Y,LP11b X和LP11b Y。Y偏 振模式与X偏振模式的电场分布类似,图中仅给出了X偏振模式电场分布。我们得到了六 个纤芯间模式强耦合形成的超模,其中纤芯到纤芯的距离比传统的多芯光纤短得多。超模的 场分布可以看作是各纤芯独立模式的叠加和强重构。因此,六芯少模光纤可以支持比传统光 纤更大的有效面积和更高模式密度,这可以有效地减少光纤和光通信的非线性效应。由于简 并模式的有效折射率(ERI)类似,因此本文讨论两种超模的特性。
图3显示两个超模的有效折射率随输入波长的变化情况。具有正方形和圆形的实线分别 为LP01和LP11超模。两种超模的有效折射率均随波长的增加而减小。LP11模随波长的减 小速度快于LP01模式。对于给定的输入波长,LP01模式的有效折射率大于LP11模式的有 效折射率。两超模间的ERID大于0.5×10-3获得低串扰特性。
总之,所提出的光纤实现了两种低损耗、低串扰和高模式密度的超模。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 (1)
1.一种渐变折射率分布六芯强耦合两模光纤;其特征在于:光纤由六个具有渐变折射率分布的纤芯、折射率沟槽和掺氟二氧化硅包层组成;六个纤芯的半径均为R1=3μm,沟槽的内半径为R2=20μm,沟槽的外半径为R3=30μm,包层半径为R4=62.5μm;六个纤芯的中心坐标依次为(6μm,0),(-6μm,0), 六个纤芯中心、沟槽和纯二氧化硅包层的折射率分别为n1=1.444024,n2=1.433524,n3=1.437024;每个纤芯按照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,纤芯中心与包层间折射率差 ncore是纤芯中心折射率,ncladding是相应包层折射率;光纤中超模的模场特性可以通过改变纤芯、包层及凹陷的折射率包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。
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