[发明专利]一种轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法

说明书

本发明公开了一种轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法，属于光纤通信领域，包括内包层区、外包层区和环形纤芯区，内包层区包括若干周期性分布的空气孔，其空气占空比为50～99％；光波导的传输方式为轨道角动量模式，可传输模式的数量大于2，模式纯度大于90％；内包层区、环形纤芯区和外包层区均采用同一种材料。本发明的有益效果在于：无需额外掺杂材料，降低成本，引入的空气孔能够起到束缚波导的作用；基于光子晶体光纤的堆栈法，使得轨道角动量传输微结构光纤不再是一种理论构想，可调整微结构光纤的光波导参数，以满足应用于不同场景下的参数需求。

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法。

背景技术

轨道角动量(Orbital angular momentum，OAM)是光束角动量的分量，该角动量取决于场空间分布，而不取决于光的偏振态。OAM光束的传输方式主要包括自由空间传输和光纤传输。与自由空间传输相比，光纤传输可以将传输信号与外界环境相隔绝，降低外部干扰，增大信息容量，延长传输距离。光纤中OAM光束的传输参数对于光纤的结构具有决定性影响，包括支持OAM模式数、模式间串扰、模式纯度、模式传输距离等参数。对于同阶的OAM模式，同阶OAM模式对应的有效折射率之间的差值越大，模式耦合及串扰发生的可能性就越低，越有利于OAM模式的稳定传输。由于轨道角动量模式的光纤束的复杂性、多样性，以及其可观的应用前景，在光纤通信、光学微操控、光学/量子信息编码、光学测量及传感等领域都被广泛研究。

目前，提出的用于传输OAM光束的光纤结构中存在以下问题：毛细孔采用圆形的排布方式，无法通过堆栈工艺实现，难以实现米量级的光纤预制棒的生产；采用呈方形的毛细孔时，在光纤熔融后拉伸的过程中，所形成的所有空气孔结构趋于圆形，因此，具有方型空气孔的光纤仅具备理论可行性，实际制备过程中难以实现；现有的某些技术方案中虽然借鉴了光子晶体光纤结构，但其波导结构还是基于由不同材料产生折射率差，其外部的毛细孔结构并没有起到束缚波导的作用，因此针对以上问题，迫切需要研究一种可实施、能够制备得到基于光子晶体光纤堆栈法的轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种轨道角动量传输的环形微结构光纤及制备方法，通过堆栈法实际制备，波导结构易调控，轨道角动量模式的可传输模式的数量高，模式纯度好，能实现多轨道角动量模式下的稳定传输。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案实现：

本发明提供一种轨道角动量传输的环形微结构光纤，包括：

内包层区，所述内包层区包括若干空气孔，所述空气孔周期性分布；

外包层区，所述外包层区包括具有空气孔的第一外包层区和实心的第二外包层区；

环形纤芯区，位于所述内包层区和所述第一外包层区之间，于实心的所述环形纤芯区中传输光波导；

其中，所述光波导的传输方式为轨道角动量模式，所述轨道角动量模式的可传输模式的数量大于2；

所述内包层区、所述环形纤芯区和所述外包层区均采用同一种材料。

优选地，制备所述内包层区、所述环形纤芯区和所述外包层区的材料为石英玻璃，或多组分软玻璃，或高分子材料；

所述多组分软玻璃中的金属氧化物为氧化碲、氧化锗、氧化锂、氧化锌、硫化物、硒化物、碲化物、氟化物、碘化物或磷化物中的一种；

所述高分子材料为碳链高聚物，或杂链高聚物，或元素有机高聚物，所述碳链高聚物为聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚醚砜树脂、或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种，所述杂链高聚物为聚酰胺、聚酰亚胺、或聚丙烯酰胺中的一种。

优选地，所述内包层区中空气孔的数量为[1，396]；