本發(fā)明涉及非零色散位移環(huán)芯光纖，具體涉及一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖。

背景技術(shù)：

1、近年來，光纖色散和非線性效應(yīng)制約著光通信的發(fā)展，業(yè)界認為單模光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)接近香農(nóng)極限100tb/s，容量危機仍然是光通信面臨的極大挑戰(zhàn)，而空間維度的研究成果為光通信提供了新的解決方案?；诳辗謴?fù)用的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)突破了單模光纖的容量極限，并且其潛在通信容量極為龐大，有望滿足現(xiàn)今急劇膨脹的流量需求，實現(xiàn)光纖通信系統(tǒng)的可持續(xù)擴容。

2、對于光纖通信系統(tǒng)來說，色散是限制長距離傳輸?shù)闹匾蛩刂?，較高的色散會導(dǎo)致通信誤碼率將大幅上升，而當(dāng)色散足夠小能滿足相位匹配條件時，又會產(chǎn)生四波混頻效應(yīng)，加劇系統(tǒng)的信號串?dāng)_和失真。目前難以實現(xiàn)低成本、低復(fù)雜度的高速光纖通信系統(tǒng)。

3、目前關(guān)于低色散、低非線性、低串?dāng)_的非零色散位移光纖的研究較少。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服以上現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，旨在提供低串?dāng)_的光纖結(jié)構(gòu)，以滿足多個軌道角動量模式低色散傳輸?shù)男枨?。該結(jié)構(gòu)能很好地匹配oam模式的環(huán)形強度輪廓，并且具有低色散、大有效模場面積的特點。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

3、一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，為漸變折射率單環(huán)芯光纖，包括環(huán)形纖芯、環(huán)形溝槽和光纖包層；環(huán)形纖芯的折射率大于光纖包層的折射率，光纖包層的折射率大于環(huán)形溝槽的折射率；

4、所述光纖包層包括中心圓柱、夾層和外光纖包層，各層具有相同的折射率；

5、環(huán)形纖芯套于中心圓柱，夾層套于環(huán)形纖芯，環(huán)形溝槽套于夾層，外光纖包層套于環(huán)形溝槽。

6、環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽采用相同的折射率分布系數(shù)α，折射率分布表達式由下文公式?jīng)Q定，當(dāng)α＝2時，為拋物線型折射率，當(dāng)α＝∞時，為階躍折射率；

7、環(huán)形溝槽區(qū)域折射率低于光纖包層，具有限制光場范圍、抑制串?dāng)_等作用。

8、環(huán)形纖芯寬度d＝r2-r1，其中r1是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)徑，r2是環(huán)形纖芯區(qū)域外徑，環(huán)形纖芯的寬度是影響徑向階數(shù)的主要原因，較大的環(huán)芯寬度會導(dǎo)致出現(xiàn)徑向高階模的概率提高，使用徑向單模的經(jīng)驗公式估計環(huán)形纖芯的寬度范圍：

9、

10、其中，n1是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)鍺摻雜的最大濃度位置處的折射率，n2是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)氟摻雜的最大濃度位置處的折射率，λ為通信波長。

11、所述光纖包層、環(huán)形纖芯、環(huán)形溝槽的材料在滿足上述折射率分布情況下為二氧化硅、摻鍺二氧化硅、摻氟二氧化硅材料的組合；

12、中心圓柱、夾層、外光纖包層材料為二氧化硅，環(huán)形纖芯材料為二氧化鍺摻雜濃度漸變的摻鍺二氧化硅，環(huán)形溝槽材料為氟化鈣摻雜濃度漸變的摻氟二氧化硅；漸變規(guī)律由折射率分布表達式?jīng)Q定。

13、其中，環(huán)形纖芯鍺摻雜濃度的最高值的范圍是8-16mol％，對應(yīng)折射率n1范圍1.456-1.468；

14、環(huán)形溝槽氟摻雜濃度范圍0-100mol％，由于該摻雜濃度對色散影響較小，漸變折射率單環(huán)芯光纖氟摻雜濃度統(tǒng)一取mf_caf2＝80mol％，對應(yīng)折射率n2＝1.4303；所述環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽區(qū)域漸變折射率單環(huán)芯光纖中的折射率分布表達式分別為：

15、

16、其中，r是距所述漸變折射率單環(huán)芯光纖中心的距離，r1和r2分別是環(huán)形纖芯內(nèi)徑和環(huán)形纖芯外徑，r3和r4分別是環(huán)形溝槽內(nèi)徑和環(huán)形溝槽外徑，α是折射率分布參數(shù)，n1是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)鍺摻雜的最大濃度位置處的折射率，n2是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)氟摻雜的最大濃度位置處的折射率，n0是光纖包層區(qū)域純二氧化硅的折射率。多環(huán)芯漸變折射率光纖，包括七個所述漸變折射率單環(huán)芯光纖，其結(jié)構(gòu)呈中心對稱分布，外層六個環(huán)形纖芯環(huán)繞中心一個環(huán)形纖芯，且臨近的兩個環(huán)形纖芯的芯間距均相同。

17、所述芯間距范圍40-48μm。

18、漸變折射率光纖相比于階躍折射率光纖的對比度更低，對模式的限制作用也會降低，本發(fā)明通過在環(huán)形纖芯外側(cè)添加摻氟溝槽結(jié)構(gòu)進行改善，有效的將光場限制在纖芯當(dāng)中，實現(xiàn)對模場的束縛，從而降低限制損耗，提高傳輸效率。

19、在一定結(jié)構(gòu)參數(shù)下，本發(fā)明的光纖能夠提供較低的色散，同時保持較大的有效模場面積和較小的非線性系數(shù)以減小非線性效應(yīng)。

20、為了進一步增加光纖支持的oam模式數(shù)量，提高信息傳輸密度，本發(fā)明在漸變折射率單環(huán)芯光纖的基礎(chǔ)上，采用與上述相同的摻氟溝槽結(jié)構(gòu)，進一步設(shè)計了漸變折射率多環(huán)芯光纖。其結(jié)構(gòu)呈中心對稱分布，外層六個纖芯環(huán)繞中心一個纖芯，且臨近的兩個纖芯的芯間距均相同，該結(jié)構(gòu)能提高光纖的利用率，最大化傳輸?shù)哪Ｊ綌?shù)量。

21、一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖的調(diào)節(jié)方法，包括以下步驟：

22、確定折射率分布系數(shù)，折射率分布系數(shù)范圍為2-10，根據(jù)光纖幾何結(jié)構(gòu)選擇滿足低色散要求的折射率分布系數(shù)；

23、確定光纖包層的中心圓柱半徑，半徑范圍45-53μm，高階oam模式受中心圓柱半徑影響較大，在滿足itu-t?g.655.c標(biāo)準(zhǔn)的前提下可適當(dāng)增大中心圓柱半徑；

24、確定環(huán)形纖芯寬度，環(huán)形纖芯寬度范圍1.2-2.5μm，根據(jù)中心圓柱半徑、單環(huán)芯和多環(huán)芯結(jié)構(gòu)選擇滿足低色散要求的環(huán)形纖芯區(qū)域?qū)挾?，?dāng)出現(xiàn)徑向高階模式時應(yīng)減小環(huán)形纖芯區(qū)域?qū)挾?，以保證小于徑向單模經(jīng)驗公式?jīng)Q定的d；

25、確定環(huán)形纖芯區(qū)域鍺摻雜最高濃度，環(huán)形纖芯區(qū)域鍺摻雜最高濃度范圍8-16mol％，對應(yīng)折射率n1范圍1.456-1.468；

26、高鍺摻雜濃度能夠支持更多oam模式傳輸，當(dāng)?shù)碗A模式色散小于1ps/nm/km時時應(yīng)減小鍺摻雜濃度，以保證滿足itu-t?g.655.c標(biāo)準(zhǔn)。

27、確定七芯光纖中單個纖芯的折射率分布系數(shù)、中心圓柱半徑、環(huán)形纖芯區(qū)域?qū)挾?、環(huán)形纖芯區(qū)域鍺摻雜最高濃度，參考漸變折射率單環(huán)芯光纖的色散變化規(guī)律，使盡可能的oam模式滿足itu-t?g.655.c標(biāo)準(zhǔn)。

28、確定七芯光纖的芯間距，芯間距范圍40-48μm，增大芯間距能夠降低串?dāng)_，一般根據(jù)單環(huán)芯幾何結(jié)構(gòu)進行選擇。

29、本發(fā)明的有益效果：

30、通過選擇環(huán)形纖芯區(qū)域和環(huán)形溝槽區(qū)域的材料，調(diào)節(jié)環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽的寬度和位置，調(diào)節(jié)折射率分布系數(shù)，可以調(diào)節(jié)c波段內(nèi)的色散值，使多個軌道角動量模式的色散滿足itu-t?g.655.c標(biāo)準(zhǔn)。

31、通過調(diào)節(jié)環(huán)形纖芯內(nèi)徑和芯間距，可以使單環(huán)芯光纖應(yīng)用于七芯光纖，在滿足itu-t?g.655.c的色散標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上保持較低串?dāng)_，進一步提高信息傳輸密度。

技術(shù)特征：

1.一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，其特征在于，為漸變折射率環(huán)芯光纖，包括環(huán)形纖芯、環(huán)形溝槽和光纖包層；環(huán)形纖芯的折射率大于光纖包層的折射率，光纖包層的折射率大于環(huán)形溝槽的折射率；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，其特征在于，

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，其特征在于，環(huán)形纖芯寬度d＝r2-r1，其中r1是環(huán)形纖芯區(qū)域內(nèi)徑，r2是環(huán)形纖芯區(qū)域外徑，環(huán)形纖芯的寬度范圍：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，其特征在于，所述光纖包層、環(huán)形纖芯、環(huán)形溝槽的材料在滿足上述折射率分布情況下為二氧化硅、摻鍺二氧化硅、摻氟二氧化硅材料的組合；

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，其特征在于，所述環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽區(qū)域漸變折射率單環(huán)芯光纖中的折射率分布表達式分別為：

6.多環(huán)芯漸變折射率光纖，包括七個所述權(quán)利要求1-5任一項所述的漸變折射率單環(huán)芯光纖，其結(jié)構(gòu)呈中心對稱分布，外層六個環(huán)形纖芯環(huán)繞中心一個環(huán)形纖芯，且臨近的兩個環(huán)形纖芯的芯間距均相同。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多環(huán)芯漸變折射率光纖，其特征在于，所述芯間距范圍40-48μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖的調(diào)節(jié)方法，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于溝槽輔助的非零色散位移環(huán)芯光纖，非零色散位移環(huán)芯光纖為單環(huán)芯漸變折射率環(huán)芯光纖，包括環(huán)形纖芯、環(huán)形溝槽和光纖包層；所述光纖包層包括中心圓柱、環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽夾層、外光纖包層，各層具有相同的折射率；折射率高的環(huán)形纖芯套于中心圓柱，環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽夾層套于環(huán)形纖芯，折射率低的環(huán)形溝槽套于環(huán)形纖芯和環(huán)形溝槽夾層，外光纖包層套于環(huán)形溝槽。本發(fā)明旨在提供低串?dāng)_的光纖結(jié)構(gòu)，以滿足多個軌道角動量模式低色散傳輸?shù)男枨蟆?br/>
技術(shù)研發(fā)人員：岳洋,黃宇翔,趙文謙
受保護的技術(shù)使用者：西安交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19