[发明专利]一种多层纤芯可控的多芯光纤

说明书

本发明提供了一种多层纤芯可控的多芯光纤，包括若干纤芯单元和包层，若干纤芯单元镶嵌在包层内，且每个纤芯单元均为包括t层纤芯的多层结构，每个纤芯单元的每层纤芯相对包层的折射率差为△n，每个纤芯单元中每层纤芯的厚度不同且每层纤芯的厚度为am，其中，t、n、m均为正整数；包层切面上设有光纤集束结构，且光纤集束结构上设有若干与纤芯单元直径相适配的孔，光纤集束结构的直径与包层的直径相同；每个纤芯单元的外径相同，且相邻的两个纤芯单元之间的纤芯层数不同，相邻两个纤芯单元的最内层的纤芯的直径不同；每个纤芯单元中的每层纤芯相对包层的折射率差△n随n的增加而增加。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种多层纤芯可控的多芯光纤。

背景技术

近年来，随着超清视频、云计算和5G等业务的蓬勃发展，网络带宽需求的增长日益加速。随着400Gbit/s和1Tbit/s等超100Gbit/s高速光传输技术的演进和发展，通过提高电信号波特率，引入高阶调制格式，例如正交幅度调制以及扩展光纤C+L波段传输窗口等方式，可以进一步提高单纤传输容量。但是，单芯光纤的传输容量正在迅速趋近其物理极限，未来数年内，光网络传输能力的增长乏力与互联网业务的带宽饥渴之间的矛盾将导致带宽危机，这已经成为光通信业界亟待解决的一个重要问题。而基于空分复用的多芯光纤(multi-core fiber，MCF)可在不增加光缆铺设空间和费用的情况下实现对光纤的扩容，能很好地克服单模光纤传输容量的限制。同时，通过改进调制格式和增大光纤的有效面积还能进一步提高多芯光纤的传输容量，这将对未来的光传输系统产生巨大影响。

多芯光纤，指同一包层中容纳多个纤芯的光纤，通过多个纤芯传播光信号。最新的研究结果显示，多芯光纤已经在光纤通信以及光网络领域中扮演着重要的角色。在传输领域，基于双环形纤芯结构的31km长度的22芯多芯光纤实现了2.15Pbit/s的系统传输容量；基于单环纤芯结构的46km长度的12芯多芯光纤实现了105Tbit/s容量光信号最远26圈共计14350km传输。此外，多芯光纤还可用于大容量通信网所需高性能激光器、放大器、耦合器等重要光电子器件的研制。因此，多芯光纤的研究和制作在未来大容量通信系统的发展中将具有举足轻重的地位。

芯间串扰，是指在多芯光纤中相邻信道之间光信号的交叉干扰，是限制多芯光纤传输容量的最主要因素。为了抑制芯间串扰，研究者们设计了多种特殊的光纤结构，它们主要有：沟槽辅助型、空气孔辅助型结构等。其中，沟槽辅助型多芯光纤采用在每个纤芯周围环绕一层低折射率环，从而限制能量的扩散。而空气孔辅助结构则是利用空气孔的方式，实现比沟槽结构更强的光场限制能力。但是，新结构的加入使得多芯光纤制作难度大幅度增加，在有限包层内容纳多个纤芯的设计已经加大了制作成本，若继续在多芯光纤中嵌入其他结构将会影响多芯光纤的设计传输性能。同时，由于沟槽或空气孔结构的嵌入，不仅会增加多芯光纤与普通单模光纤之间的熔接损耗，也会增加接收端解复用程序的复杂度。

因此，急需设计一种无需其他辅助型结构的，具有低芯间串扰的多芯光纤，并拥有大量空间信道，以满足空分复用系统对多芯光纤的传输容量需求。

发明内容

为克服现有技术中的存在多芯光纤制作难度大、芯间串扰大的问题，提出了一种多层纤芯可控的多芯光纤，其特征在于：包括若干纤芯单元和包层，若干所述纤芯单元镶嵌在包层内，且每个所述纤芯单元均为包括t层纤芯的多层结构，每个所述纤芯单元的每层纤芯相对包层的折射率差为△n，每个所述纤芯单元中每层纤芯的厚度不同且每层纤芯的厚度为am，其中，t、n、m均为正整数；所述包层切面上设有光纤集束结构，且光纤集束结构上设有若干与纤芯单元直径相适配的孔，所述光纤集束结构的直径与包层的直径相同；每个所述纤芯单元的外径相同，且相邻的两个纤芯单元之间的纤芯层数不同，相邻两个纤芯单元的最内层的纤芯的直径不同；每个所述纤芯单元中的每层纤芯相对包层(01)的折射率差△n随n的增加而增加。

作为优选的，若干所述纤芯单元以任意形式的中心对称格式排列，排列形式为密集对称型、单环型、双环型和四边型中的一种。