[发明专利]沟槽气孔叠加的低串扰多芯少模光纤

说明书

本发明公开了一种沟槽气孔叠加的低串扰多芯少模光纤，其包括多个少模单元、包围各个少模单元的多芯光纤包层和完美匹配层；少模单元采用阶跃折射率分布设计，折射率由高到低分别为少模纤芯、第一沟槽、第二沟槽和嵌在第二沟槽中的空气孔，每个少模纤芯在1550nm处能够支持4～6种传输模式；整个光纤有一个少模单元处于光纤包层的中心位置，其余少模单元环绕中心位置排列形成正六边形结构，任意三个两两相邻的少模单元构成一个正三角形结构；本发明设计的沟槽和空气孔叠加辅助结构，使纤芯在更低的掺杂浓度条件下就可以实现与主流技术结构同等的低串扰性能；且结合气孔个数、掺杂浓度等参数的优化，使光纤在提高系统通信容量的同时具有良好的传输性能。

技术领域

本发明属于光纤通信领域，涉及一种沟槽气孔叠加的低串扰多芯少模光纤，特别适合光纤传输中需要的低串扰条件。

背景技术

伴随5G时代的到来，信息化网络传输显得尤为重要。在这个互联网信息大数据风靡的时代，通过研究人员一次次技术的突破，单模光纤的传输容量已经达到100TB/s,几乎达到了标准单模光纤的传输容量极限。对于通信行业来说，增加光纤的传输通道、提高光纤的通信容量是时代进步的必然要求，而目前光纤市场上比较火热的基于空分复用技术的多芯少模光纤，被认为是突破单模光纤传输极限的最佳选择之一。

多芯少模光纤保留了普通单模光纤的外形，从两个方面入手扩增了光纤的传输容量：一是在单模光纤的包层中可以设计多个纤芯结构，增加光纤的传输通道，从而提高光纤的传输容量；二是使每个纤芯都可以支持多种不同的传输模式同时工作，增大了光纤的模场面积，降低了光纤非线性效应，随着模式数量的增加，光纤的传输容量也成倍增大。

目前多芯光纤的传输实验已经得到广泛的开展，从最初的短距离传输到现在已经实现上千千米距离的传输。2012年，Takahashi等人在6160km长度上传输了40×128Gbit/s的信号，这也是在多芯光纤技术实现的最长的传输距离。随着技术的进步，多芯少模光纤的结构类型也越来越丰富。目前主流地用于减小芯间串扰的多芯少模光纤类型有空气孔辅助型、沟槽辅助型、异质型(相邻纤芯的折射率或纤芯半径不同)以及三者自由组合型多芯少模光纤。其中，空气孔辅助型和沟槽辅助型的多芯少模光纤都是通过降低纤芯周围包层的折射率来减弱纤芯之间电磁场的重叠，进而降低纤芯之间的串扰；而抑制型多芯少模光纤通过设置相邻纤芯的结构差异获得一定的传播常数差，造成纤芯间的相位匹配失衡，从而降低纤芯之间的串扰，但是异质型光纤会带来较大的群时延，使接收端解复用技术的难度增加。

现有技术中的沟槽型和空气孔型多芯少模光纤虽然可以使光纤在有限包层中实现更多纤芯的设置，但是更多的纤芯和模式带来的严重串扰、非线性效应、色散等传输性能问题还不能很好地满足通信要求。

在多芯少模光纤的结构设计方面，光纤中纤芯的数量、光纤包层直径、纤芯间距、纤芯大小、辅助结构以及掺杂浓度等因素都影响着光纤的芯间串扰。例如，大的纤芯间距可以带来独立传输的低串扰纤芯，但会在减小纤芯密度的同时增大包层直径，小的纤芯间距会使模场叠加带来超模，增大有效模场面积，降低非线性效应，但同时也会造成纤芯间强烈的光耦合，增加芯间串扰；高的掺杂浓度会带来过多的高阶模式并且会造成拉制工艺上的困难，而过低的掺杂浓度不能有效地降低芯间串扰等。

综上所述，如何降低多芯少模光纤中的串扰、控制所需要的传输模式数、增大模场面积抑制非线性效应、同时减小纤芯的掺杂浓度是目前亟待研究的问题。

发明内容

针对上述问题本发明提供一种沟槽气孔叠加的低串扰多芯少模光纤，即在每个纤芯周围设计了沟槽和空气孔的叠加结构，结合了现有技术中空气孔辅助结构和沟槽辅助结构的的优势，且与主流的技术结构相比，降低纤芯周围折射率的力度更大，使纤芯在更低的掺杂浓度条件下就可以实现同等的低串扰性能。