[发明专利]用于空间多路复用的渐变折射率少模光纤设计

说明书

相关申请的交叉引用

本申请主张于2011年2月24日递交的美国临时专利申请No.61/446,222，和于2011年9月7日递交的美国临时专利申请No.61/531,842的优先权，这两者都是本申请的受让人所拥有的，并且通过参考的方式将他们的全部内容合并入本文中。

技术领域

本发明通常涉及光纤领域，尤其涉及用于空间多路复用的改进的少模光纤设计。

背景技术

光纤网络之上的数据通信继续按指数速率增长。为了满足这一需要，多路复用技术已经被发展为允许多个分散数据流共用相同的光纤，从而显著地增加每个光纤的通信量。

在光纤行业中当前的研究和发展主要集中在密集波分复用（DWDM）上，这是一种多路复用技术，其中多个数据通道被分配给某一运转带宽内的相应的波长。数据通道在单模光纤的基本（LP₀₁）模式之上被结合用于传输，并且当它们到达各自目的地时被分别返回进入分离通道之内。

在基于DWDM的传输系统内，给定放大器带宽内的总容量被光谱效率所限制，光谱效率用于描述在给定数据速率下，当光纤受到非线性效应所带来的极端限制时，用于通信目的单个波长可以被间隔的紧密程度。利用日益复杂的算法可以增加光谱效率，例如使用高阶调制方案，但是这种方法带来带宽收益递减并且适度的改进不能跟上指数增长的带宽需要。可以预料，在下一个10至15年之内，单模光纤中的DWDM的光谱效率将会接近它的理论极限。

一种用于增加每个光纤容量的有前景的方法是空分多路复用（SDM），其中单光纤内的多个数据通道通过相应的多个纤芯，或通过光纤引导的相应的多个光信号模提供。基于SDM的技术具有能够显著地增加每个光纤传输容量的潜能，突破基于DWDM系统的非线性的限制。

由于SDM和现有技术之间的原理不同，因此SDM已经被证明是技术上的挑战，需要新型的光纤和相关装置的发展。

发明内容

一种少模光纤，包括包层围绕的纤芯，光纤具有被配置为沿着光纤的长度引导空分复用的光信号的折射率分布。包层可以包括外包层区域和位于纤芯和外包层区域之间的向下掺杂的沟槽或者凹陷的包层区域。替选实施例还包括包层内的高折射率引导环，其被放置在纤芯和沟槽或者凹陷包层区域之间。折射率分布被构造为支持多个引导的模，来运载各自的多个空分复用传输信号，同时抑制不希望的模。

根据本发明的一个方面，光纤包括纤芯和围绕纤芯的包层。纤芯和包层具有阶跃折射率分布，其被构造为支持多个希望的信号运载模的传播，同时抑制不希望的模。包层包括具有外半径r_cladding的外包层区域，折射率n_cladding和折射率差Δn_cladding=0。纤芯具有半径r_core、折射率n_core以及折射率差Δn_core=0。纤芯和包层被配置为使得不希望的模分别具有接近或者小于包层折射率的有效折射率，以使得不希望的模成为漏模。具有最低有效折射率的希望的模和具有最高有效折射率的漏模之间的折射率间隔足够大到基本防止它们之间的耦合。

本发明的另一个方面指向具有渐变折射率纤芯的少模光纤，所述纤芯提供经过光纤传播的模之间的所描述的折射率间隔。

本发明的另外一个方面指向光纤，包括经过公共包层延伸的多个单独的纤芯。每个单独的纤芯支持至少一个局部横向空间模。单独的纤芯和周围的包层被构造成支持多个希望的信号运载模的传播，同时抑制不希望的模，从而支持一个或多个空分复用信号的传播。光纤的纤芯至纤芯的间隔被配置为维持纤芯之间的可接受的低水平的模耦合。

附图说明

图1是一系列图，说明了LP₁₁模的四种可能的元件（a）-（d），包括偏振态。

图2所示的是一对表格，表明了在特定假设条件下，用于理想的少模光纤之上的通信的最大可容许的平均差分群延迟（maximum allowable mean differential group delay），以ps/km为单位。

图3所示的一组表格表明了对于30和60Gbaud下不同安装数量、不同目标链接长度以及不同模间耦合的可容许的平均DGD的近似极限，以ps/km为单位。

图4所示的是根据包括多芯结构的本发明一个方面的示意性光纤的截面图。

图5所示的是根据本发明的进一步方面的具有高折射率导向环的光纤的折射率分布。

图6所示的是现有技术中已知的、阶跃折射率光学纤维的计算特性的图表。