[发明专利]一种OAM传输光纤及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及一种OAM(Orbital Angular Momentum，轨道角动量)传输光纤及其制造方法。

背景技术

随着社会的进步，信息技术已经成为社会经济发展最重要的生产力来源之一，信息系统容量的持续扩展是社会信息化发展必不可少的需求，信息系统容量的发展空间和未释放的潜在信息需求十分巨大。

在光纤系统通信中，对光子的能量、线动量和偏振态进行分析解码能够得到光子所携带的信息。光通信系统的容量经历了WDM(Wavelength Division and Multiplexing，波分复用)提高增长率后，光通信系统的容量的增长速度已经回落到约每年0.5dB(或12％)，光通信系统的频谱效率的平均增长率大约为每年1dB。

随之光通信技术的进步，光子的另一物理量OAM(orbital angular momentum，轨道角动量)已经被广泛关注，OAM至今仍未被系统性地利用于通信。利用OAM模式这一组电磁波本征模式的阶数取值l，作为新的供调制或复用的参数维度资源(即利用不同l值代表不同编码状态或不同信息通道)，能够作为进一步提高频谱效率的新途径。由于l值具有无限取值范围，理论上可具有无限增加光子或电磁波承载的信息量的潜力。

由于电磁波OAM的维度，与目前用于通信的频率、传播方向相位、振幅等维度之间属于正交关系，因此对于现有通信技术所制造的各种类型光纤而言，OAM信号光强分布符合高斯-拉盖尔光束特性，OAM信号在中心高折射率波导结构中传输会造成严重的模式串扰，难以实现OAM模式的大容量传输。

美国波士顿大学和南加州大学于2012年实现了长度为1.1km的特种光纤OAM信息的复用，但是，因为所述特种光纤的传输模式受到光纤波导结构的限制，所以所述特种光纤仅能传输4个轨道角动量模式(即l＝4)；因此所述特种光纤的传输容量较小，不便于人们使用。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种OAM传输光纤及其制造方法，不仅能够满足OAM光纤大容量传输对光纤波导结构的要求，而且能够大量扩充光纤中OAM模式传输容量，便于人们使用。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种OAM传输光纤的制造方法，包括以下步骤：

A、按照流量计的开度百分比，将50～80％的四氯化硅、10～20％的四氯化锗、10～30％的三氯氧磷和0～10％的六氟乙烷C₂F₆放入石英管中，利用等离子体化学气相沉积工艺沉积600～4800趟，形成外包层；

B、按照流量计的开度百分比，将30～70％的四氯化硅、20～65％的四氯化锗和0～10％的C₂F₆放入步骤A中的石英管中，利用等离子体化学气相沉积工艺沉积300～1200趟，形成环形芯层；

C、按照流量计的开度百分比，将50～80％的四氯化硅、10～20％的四氯化锗、10～30％的三氯氧磷和0～10％的C₂F₆放入步骤B中的石英管中，利用等离子体化学气相沉积工艺沉积200～6000趟，形成中心包层；

D、将形成有外包层、环形芯层和中心包层的石英管放入高温石墨感应炉，该石英管在2000℃～2400℃的温度下熔缩形成实心芯棒；将实心芯棒加工形成OAM传输光纤预制棒；通过拉丝塔对OAM传输光纤预制棒进行拉丝、并涂覆外涂层，形成OAM传输光纤；所述OAM传输光纤在1550nm波长的衰减系数小于2.0dB/km，OAM传输光纤能够支持+/-4阶以上的OAM模式传输，OAM模间耦合<-20dB/km。

在上述技术方案的基础上，步骤D中所述将实心芯棒加工形成OAM传输光纤预制棒包括以下步骤：将实心芯棒熔融套石英管形成OAM传输光纤预制棒。

在上述技术方案的基础上，步骤D中所述将实心芯棒加工形成OAM传输光纤预制棒包括以下步骤：将实心芯棒磨制形成OAM传输光纤预制棒。

在上述技术方案的基础上，步骤A中所述四氯化硅为70％，四氯化锗为15％，三氯氧磷为12％，C₂F₆为5％，沉积趟数为1500趟。

在上述技术方案的基础上，步骤B中所述四氯化硅为40％，四氯化锗为60％，C₂F₆为1％，沉积趟数为350趟。