[发明专利]一种增益均衡的掺铒少模光纤及其通信系统

说明书

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种增益均衡的掺铒少模光纤及其通信系统。一种增益均衡的掺铒少模光纤包括纤芯和包层；纤芯与包层组成圆柱形结构的光纤；其中，纤芯作为光纤的中心，包层包裹在纤芯的外围；在纤芯上进行了分层掺杂，获得不同掺铒浓度的掺铒层；掺铒层包括第一掺铒层、第二掺铒层；其中：第一掺铒层位于纤芯的中心；第二掺铒层包围第一掺铒层；第二掺铒层的主体位于纤芯上，且部分掺入包层。第二掺铒层的芯外的铒离子分布能够更好地与高阶模重叠，减少各模式之间光场与铒离子的重叠积分，进而对每个模式都产生相似的增益效果，有效地减小模式增益差，达到良好的模式增益均衡效果；采用单纤芯结构设计降低了制备难度。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种增益均衡的掺铒少模光纤及其通信系统。

背景技术

随着全球信息化，我们的生活处处互联。智能家居、自动驾驶和VR等一大批新兴的网络技术正逐步进入日常生活，随之而来的是对网络速率和带宽提出更高的要求。由于已有的光纤传输系统中单模光纤存在非线性效应，其系统容量也逐渐趋于香农理论极限，光通信正逐渐面临容量危机，空分复用技术应运而生。空分复用是一项极具潜力的新型复用技术，可使现有光纤通信系统容量提升2～3个量级，能有效地缓解容量危机问题。其中，以少模光纤为核心的模分复用技术是空分复用技术的一个重要分支。模分复用技术能在一根纤芯内传输多个模式，成倍地提升单芯容量。

光信号会随着传播距离产生相应的损耗，尽管随着光纤制造工艺的改进，光纤传播损耗已降低至0.2dB/km以下，但是光信号的传播距离依旧受制于此。因此，在长距离光纤通信传输系统中，需要光纤放大器来增强已被衰减的光信号功率。在模分复用传输系统中，并行使用单模光纤放大器会给系统带来较高的成本。为此，科研工作者对少模掺铒光纤放大器展开了广泛的研究。在少模掺铒光纤放大器中，不同模式获得的增益差决定着传输信号的质量以及系统的稳定性。因此，模式增益均衡成为了衡量少模传输系统性能的关键指标。

不同模式间的增益差值，可以通过调节信号光场、泵浦光场以及掺杂离子三者的分布重叠情况，来进行控制。目前主要有以下三种策略：调节光纤的折射率分布、优化泵浦光场分布和改进掺杂稀土离子分布。其中有现有技术将纤芯制成环形，在环芯内掺杂能使模式增益差减小，但是这类光纤折射率分布与常用的阶跃型传输光纤失配，容易造成较大的连接损耗。有现有技术提及调节芯区的不同模式泵浦光场，使得泵浦光场与信号光场重叠程度更高，但是调节效果不佳且往往需要更高的成本。有现有技术提出利用芯内的多层掺杂环，调控模式增益差，而随着模式数量的增加，往往需要更多且更加精确的掺杂环，其制作工艺难度大，不易应用于少模传输系统。

中国发明专利公开号CN 112180499 A(公开日为2021-01-05)，公开了一种增益差极小的三层芯多层掺铒离子4模光纤，它包括纤芯，沟槽和包层，纤芯位于光纤最中心，包层位于纤芯外部，在包层内距离纤芯较近处为沟槽。纤芯又分为三层，分别为中心层、环层和外芯层紧密相接。离子掺杂主要集中在纤芯区域，将纤芯分三层环进行掺杂，该三层离子填充区域分别与掺铒离子4模光纤的中心层、环层和外芯层折射率分布区域相同。这种三层芯沟槽辅助的折射率分布使得该光纤拥有较高的模式折射率差，能减弱模间串扰，降低了应用时的弯曲损耗。而且，这种折射率分布有助于降低各模组功率填充因子差值，能大大降低粒子掺杂分布优化的难度，更容易实现增益均衡。该发明为了能够达到模式增益均衡，提出了多层芯掺杂的光纤结构设计。分别在多层芯中掺杂不同浓度的铒离子，调控了信号光场与掺铒离子的重叠程度，降低模式增益差。该发明的缺点是：多层芯掺杂制作工艺难度较大，且掺杂层数过多会导致不同芯层的折射率变化，从而影响光纤中传播的模式。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术模式增益差较大、使用多层芯掺杂导致的制作工艺难度较大的缺陷。为了实现上述目的，本发明提供了一种增益均衡的掺铒少模光纤及其通信系统。

一种增益均衡的掺铒少模光纤，包括纤芯和包层；所述纤芯与所述包层组成圆柱形结构的光纤；其中，所述纤芯作为所述光纤的中心，所述包层包裹在所述纤芯的外围；