本發(fā)明涉及通信設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種保偏光纖。

背景技術(shù)：

相關(guān)技術(shù)中的通信光纖多為單模光纖，無法同時傳輸多個模式，從而通信容量小，光譜利用率低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明提出一種保偏光纖，所述保偏光纖可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，具有通信容量大、光譜利用率高的優(yōu)點。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖，包括：橫截面為環(huán)形的纖芯；第一至第N應力棒，所述第一至第N應力棒圍繞所述纖芯設(shè)置且軸向分別與所述纖芯的軸向平行，其中，2≤N≤10；包層，所述包層包覆所述纖芯與所述第一至第N應力棒。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖，利用橫截面為環(huán)形的纖芯和圍繞纖芯設(shè)置的第一至第N應力棒，可以適用于模式復用通信，能夠滿足多個本征模式同時遠距離傳輸，并且能夠使模式在傳輸過程中保持偏振態(tài)和強度分布方向不變，實現(xiàn)模式間的低串擾傳輸，從而可以提高通信容量和光譜利用率。

另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖還具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述纖芯的橫截面為圓環(huán)形，所述纖芯的內(nèi)直徑為D1，所述纖芯的外直徑為D2，其中，1000nm≤D1≤30000nm，0.05≤D1/D2≤0.95。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述纖芯的橫截面為橢圓環(huán)形，所述纖芯的內(nèi)環(huán)的短軸長度為A1、長軸長度為B1，所述纖芯的外環(huán)的短軸長度為A2、長軸長度為B2，其中，1000nm≤A1≤30000nm，1000nm＜A2≤50000nm，0.05≤A1/B1≤0.95，0.05≤A2/B2≤0.95。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述第一至第N應力棒中的每一個距離所述纖芯的最短距離為Li，1000nm≤Li≤50000nm，其中，1≤i≤10。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述第一至第N應力棒的橫截面分別為圓形、橢圓形、扇形或多邊形。

可選地，所述第一至第N應力棒的橫截面均為圓形，所述圓形的直徑為d，1000nm≤d≤60000nm。

可選地，所述多邊形為梯形、三角形、菱形或長方形。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述纖芯為石英件或摻有共摻雜劑的石英件。

進一步地，所述共摻雜劑為鍺、氟、磷、鉺、銩和鐿中的一種或多種。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，所述第一至第N應力棒分別為石英件或摻有共摻雜劑的石英件。

有利地，所述共摻雜劑為硼、鍺、氟和磷中的一種或多種。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖的應力分布圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖的本征模式(偶偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“3，1”的線偏振模式)的強度分布圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖的本征模式(奇偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“2，1”的線偏振模式)的強度分布圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖的相鄰本征模式之間的有效折射率差與波長的關(guān)系示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明第一可選實施例的保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是根據(jù)本發(fā)明第三可選實施例的保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是根據(jù)本發(fā)明第四可選實施例的保偏光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖標記：

保偏光纖1，

纖芯10，第一應力棒21，第二應力棒22，第三應力棒23，包層30。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“內(nèi)”、“外”、“軸向”、“徑向”、“周向”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”的含義是兩個或兩個以上。

本申請基于發(fā)明人對以下事實和問題的發(fā)現(xiàn)和認識作出的：

寬帶業(yè)務(wù)、移動業(yè)務(wù)和云業(yè)務(wù)的不斷增長，促使我們尋求更多的途徑來擴展網(wǎng)絡(luò)容量，提高通信速率?，F(xiàn)有的光纖通信技術(shù)，如波分復用、時分復用和偏振復用等技術(shù)，已經(jīng)發(fā)展完善并逐漸接近它們的容量極限，迫切需要發(fā)展新的技術(shù)來應對巨大的網(wǎng)絡(luò)需求所帶來的挑戰(zhàn)。

光纖中的本征模式作為光的一種新的自由度被應用于光纖通信中，每個本征模式都可以作為一個獨立的通信信道，多個模式同時傳輸可以大大增加單根光纖的通信容量，然而，由于現(xiàn)有的通信光纖多為單模光纖，無法同時傳輸多個模式，導致通信容量小，光譜利用率低。

為此，本發(fā)明提出一種保偏光纖1，該保偏光纖1可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，具有通信容量大、光譜利用率高的優(yōu)點。

下面參考圖1-圖9描述根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1。

如圖1-圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為環(huán)形的纖芯10、第一至第N應力棒和包層30。

具體而言，第一至第N應力棒分別為第一應力棒、第二應力棒……第N應力棒，第一至第N應力棒圍繞纖芯10設(shè)置，且第一至第N應力棒的軸向分別與纖芯10的軸向平行，即，第一應力棒的軸向與纖芯10的軸向平行，第二應力棒的軸向與纖芯10的軸向平行，……第N應力棒的軸向與纖芯10的軸向平行，其中，2≤N≤10。包層30包覆纖芯10與第一至第N應力棒，如此將纖芯10與第一至第N應力棒封裝在一起?？梢岳斫?，第一至第N應力棒可以均勻地分布在纖芯10與包層30之間，也可以不均勻地分布在纖芯10與包層30之間。例如，第一至第N應力棒等間距地分布在纖芯10的周向上。

由此，通過環(huán)形的纖芯10，可以使同一階數(shù)相鄰本征模式之間的有效折射率差增大，這里，對于二階模式而言，同一階數(shù)相鄰本征模式分別指的是TM_0，1、TE_0，1和HE_2，1；對于三階及三階以上模式而言，同一階數(shù)相鄰本征模式指的是HE和EH。其中，TM_0，1是拓撲結(jié)構(gòu)為“0，1”的橫磁模，“0，1”中的0表示角向拓撲階數(shù)，“0，1”中的1代表徑向拓撲階數(shù)；同理，TE_0，1是拓撲結(jié)構(gòu)為“0，1”的橫磁模，HE_2，1是拓撲結(jié)構(gòu)為“2，1”的角向奇對稱混合模式，HE是角向奇對稱混合模式(模式分布為中心對稱)，EH是角向偶對稱混合模式(模式分布為x軸對稱或y軸對稱)。

而第一至第N應力棒的引入可以使偏振態(tài)相互垂直的模式之間的有效折射率差增大，這里，對于一階模式而言，偏振態(tài)相互垂直的模式指的是和對于二階模式而言，偏振態(tài)相互垂直的模式指的是和對于三階及三階以上模式而言，偏振態(tài)相互垂直的模式分別指的是和和

其中，是x偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“1，1”的角向奇對稱混合模式，x是偏振態(tài)，“1，1”中的1分別是角向拓撲階數(shù)和徑向拓撲階數(shù)，同理，是y偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“1，1”的角向奇對稱混合模式；是偶偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“2，1”的角向奇對稱混合模式，even是偏振態(tài)，“2，1”中的2和1分別是角向拓撲階數(shù)和徑向拓撲階數(shù)，同理，是奇偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“2，1”的角向奇對稱混合模式；是偶偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“n，1”的角向奇對稱混合模式，是奇偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“n，1”的角向奇對稱混合模式，是偶偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“m，1”的角向偶對稱混合模式，是奇偏振的拓撲結(jié)構(gòu)為“m，1”的角向偶對稱混合模式。

如圖2-圖5所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1可以使光纖中相鄰兩個模式之間的有效折射率差值都大于1×10^-4，大大降低了模間串擾，并且在應力的作用下，光纖中的本征模式演變?yōu)橄鄳腖P(線偏振模式)，每個模式能夠作為一個獨立的通信信道傳輸信息。并且，每個模式在傳輸過程中能夠保持其偏振態(tài)和強度分布方向不變，實現(xiàn)模式間的低串擾傳輸，便于在接收端對多個模式進行復用，可省去復雜的MIMO(Multiple Input Multiple Output，多輸入多輸出)處理過程，簡化接收端系統(tǒng)。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，利用橫截面為環(huán)形的纖芯10和圍繞纖芯10設(shè)置的第一至第N應力棒，可以適用于模式復用通信，能夠滿足多個本征模式同時遠距離傳輸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)模式間的低串擾傳輸，從而可以提高單根光纖的通信容量和光譜利用率。

在本發(fā)明的一些實施例中，如圖1-圖4和圖7-圖9所示，纖芯10的橫截面為圓環(huán)形，纖芯10的內(nèi)直徑為D1，纖芯10的外直徑為D2，其中，1000nm≤D1≤30000nm，0.05≤D1/D2≤0.95，從而可以增大相鄰本征模式之間的有效折射率差。

在本發(fā)明的另一些實施例中，纖芯10的橫截面為橢圓環(huán)形，纖芯10的內(nèi)環(huán)的短軸長度為A1、長軸長度為B1，纖芯10的外環(huán)的短軸長度為A2、長軸長度為B2，其中，1000nm≤A1≤30000nm，1000nm＜A2≤50000nm，0.05≤A1/B1≤0.95，0.05≤A2/B2≤0.95，從而可以增大相鄰本征模式之間的有效折射率差。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，第一至第N應力棒中的每一個距離纖芯10的最短距離為Li，1000nm≤Li≤50000nm，其中，1≤i≤10。即，第一應力棒距離纖芯10的最短距離為L1，1000nm≤L1≤50000nm，第二應力棒距離纖芯10的最短距離為L2，1000nm≤L2≤50000nm，……第N應力棒距離纖芯10的最短距離為LN，1000nm≤LN≤50000nm，從而降低模間串擾。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，如圖1和圖6-圖9所示，第一至第N應力棒的橫截面分別為圓形、橢圓形、扇形或多邊形，即第一至第N應力棒中的每一個的橫截面可以為圓形、橢圓形、扇形或多邊形，第一至第N應力棒的橫截面的形狀可以彼此相同也可以彼此不同?？蛇x地，多邊形為梯形、三角形、菱形或長方形。

可以理解，第一至第N應力棒的形狀的改變可以影響應力的大小，可以根據(jù)需要將第一至第N應力棒設(shè)計成不同的形狀。還可以理解的是，第一至第N應力棒的數(shù)量和分布位置影響應力的大小和方向，可以根據(jù)需要設(shè)計不同數(shù)量和分布位置的第一至第N應力棒。

有利地，如圖1和圖6所示，第一至第N應力棒的橫截面均為圓形，圓形的直徑為d，1000nm≤d≤60000nm，從而保證模式間的低串擾傳輸。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，纖芯10為石英件或摻有共摻雜劑的石英件。優(yōu)選地地，共摻雜劑為鍺、氟、磷、鉺、銩和鐿中的一種或多種，例如，纖芯10為摻鍺石英玻璃。需要說明的是，當纖芯10中摻雜諸如鉺、銩、鐿等稀土離子時，稀土離子作為增益材料，能夠補償模式傳輸過程中的部分損耗，從而使傳播距離更長。

根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，第一至第N應力棒可以分別為石英件。值得注意的是，當?shù)谝恢恋贜應力棒中摻雜的化合物成分不同時，其產(chǎn)生的應力大小不同，可以改變摻雜化合物的種類，以滿足不同需求，即，第一至第N應力棒可以分別為摻有共摻雜劑的石英件。有利地，共摻雜劑為硼、鍺、氟和磷中的一種或多種，例如，第一至第N應力棒分別為摻硼石英玻璃。

下面參考圖1-圖5詳細描述根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例的保偏光纖1，值得理解的是，下述描述只是示例性說明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。

如圖1-圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為圓環(huán)形的纖芯10、第一應力棒21、第二應力棒22和包層30。

具體而言，纖芯10為摻鍺石英玻璃，纖芯10的內(nèi)直徑為2200nm，纖芯10的內(nèi)直徑與外直徑的比值為0.4。包層30為石英件，包層30的直徑為125000nm。第一應力棒21為摻硼石英玻璃且橫截面為圓形，第二應力棒22為摻硼石英玻璃且橫截面為圓形，第一應力棒21和第二應力棒22的直徑分別為20000nm，第一應力棒21的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm，第二應力棒22的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm。

如圖2所示，由于纖芯10的熱膨脹系數(shù)和彈性系數(shù)分別與第一應力棒21和第二應力棒22的熱膨脹系數(shù)和彈性系數(shù)不同，導致纖芯10受到橫向的拉力，而根據(jù)雙折射理論，纖芯10在橫向和縱向上的受力不通，在這兩個方向上產(chǎn)生各向異性，從而使偏振態(tài)相互垂直的模式之間的有效折射率差增大。

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1的相鄰本征模式之間的有效折射率差隨著波長變化的曲線圖，在波長為1500nm-1630nm的范圍內(nèi)，所有相鄰模式之間的有效折射率差均大于1×10^-4，10個本征模式可以分別作為10個獨立的通信信道，并且在傳輸過程中保持偏振態(tài)和強度分布方向不變，因此本實施例的保偏光纖1的傳輸容量是單模光纖的傳輸容量的10倍。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，可以實現(xiàn)模式復用技術(shù)，能夠完成多個模式的遠距離同時傳輸，提升單根光纖的傳輸容量。

下面參照圖6描述根據(jù)本發(fā)明第一可選實施例的保偏光纖1。

如圖6所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為橢圓環(huán)形的纖芯10、第一應力棒21、第二應力棒22和包層30。

具體而言，纖芯10為摻鍺石英玻璃，纖芯10的內(nèi)環(huán)的短軸為2200nm，外環(huán)的短軸為4200nm，所述橢圓環(huán)形的短軸與長軸的比值為0.7。第一應力棒21為摻硼石英玻璃且橫截面為圓形，第二應力棒22為摻硼石英玻璃且橫截面為圓形，第一應力棒21和第二應力棒22的直徑分別為20000nm，第一應力棒21的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm，第二應力棒22的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm。包層30為石英件，包層30的直徑為125000nm。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，通信容量大、光譜利用率高、通信速率高。

下面參照圖7描述根據(jù)本發(fā)明第二可選實施例的保偏光纖1。

如圖7所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為圓環(huán)形的纖芯10、第一應力棒21、第二應力棒22和包層30。

具體而言，纖芯10為摻鐿石英玻璃，纖芯10的內(nèi)直徑為2200nm，纖芯10的內(nèi)外徑的比值為0.4。第一應力棒21和第二應力棒22均為摻硼石英玻璃且橫截面均為橢圓形，所述橢圓形的短軸為20000nm，且短軸與長軸的比值為0.6，第一應力棒21的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm，第二應力棒22的外周面與纖芯10的外周面之間的最短距離為3000nm。包層30為石英件，包層30的直徑為125000nm。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，通信容量大、光譜利用率高、通信速率高，并且，利用稀土離子作為增益材料，能夠補償模式傳輸過程中的部分損耗，使傳播距離更長。

下面參照圖8描述根據(jù)本發(fā)明第三可選實施例的保偏光纖1。

如圖8所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為圓環(huán)形的纖芯10、第一應力棒21、第二應力棒22和包層30。

具體而言，纖芯10為摻鍺石英玻璃，纖芯10的內(nèi)直徑為2200nm，纖芯10的內(nèi)外徑的比值為0.4。第一應力棒21和第二應力棒22均為摻氟石英玻璃且橫截面均為扇形，所述扇形的圓心角為60°，且所述扇形的內(nèi)圓弧的直徑為20000nm，外圓弧的直徑為40000nm。第一應力棒21的內(nèi)圓弧面與纖芯10的外周面之間的最短距離為4000nm，第二應力棒22的內(nèi)圓弧面與纖芯10的外周面之間的最短距離為4000nm。包層30為石英件，包層30的直徑為125000nm。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，通信容量大、光譜利用率高、通信速率高。

下面參照圖9描述根據(jù)本發(fā)明第四可選實施例的保偏光纖1。

如圖9所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，包括橫截面為圓環(huán)形的纖芯10、第一應力棒21、第二應力棒22、第三應力棒23和包層30。

具體而言，纖芯10為摻鍺石英玻璃，纖芯10的內(nèi)直徑為2200nm，纖芯10的內(nèi)外徑的比值為0.4。第一應力棒21、第二應力棒22和第三應力棒23均為摻磷石英玻璃且橫截面均為菱形，所述菱形的邊長為15000nm。第一應力棒21的外表面與纖芯10的外周面之間的最短距離為5000nm，第二應力棒22的外表面與纖芯10的外周面之間的最短距離為5000nm，第三應力棒23的外表面與纖芯10的外周面之間的最短距離為5000nm。包層30為石英件，包層30的直徑為125000nm。

根據(jù)本發(fā)明實施例的保偏光纖1，可以實現(xiàn)多個模式的遠距離同時傳輸，并且能夠?qū)崿F(xiàn)模式間的低串擾傳輸，從而可以提高單根光纖的通信容量和光譜利用率。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“具體實施例”、“可選實施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解：在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其等同物限定。