[发明专利]一种弱导环形结构光纤

说明书

本发明公开了一种弱导环形结构光纤，包括环形纤芯、中心区域和包层；环形纤芯为阶跃或渐变型折射率分布，内外侧可辅助低折射率环形沟槽。环形纤芯与包层/中心区域折射率差均不超过1％。环形沟槽与包层/中心区域折射率差均不超过‑1％。该弱导环形结构光纤仅支持多通道径向一阶模式且分为不同模群。除前两个模群，其余模群均具有大折射率差，可以前两个模群组合后6x6多进多出数字信号处理辅助复用，其余每个模群内4x4 MIMO‑DSP辅助复用，即模群间低串扰复用和模群内小规模MIMO‑DSP辅助复用相结合，具有可扩展性。模式基可以是线偏振/光涡旋/本征模式。同时，具有C+L波段宽带特性，可与波分复用结合有效提高通信容量，兼容现有成熟光纤工艺，可降低损耗。

技术领域

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种弱导环形结构光纤。

背景技术

当前光通信由于人们所熟知的光波维度资源(幅度、相位、频率/波长、时间、偏振)开发殆尽而显现“新容量危机”。为了进一步提高光通信系统的容量，空分复用技术用于解决未来光通信新容量危机的潜力吸引了越来越多的关注。空分复用技术利用光子的空间维度，包括基于少模光纤、多模光纤及环形光纤等的模分复用(亦即模式复用)技术和基于多芯光纤的芯分复用技术。此外，还可以将两个技术相互结合进一步提高空间利用率和系统容量，例如少模多芯、环形多芯光纤等。在用少模光纤、多模光纤及环形光纤等进行模分复用时，采用的是线偏振模式(LP模)或轨道角动量模式(OAM模，亦称光涡旋)等模式基。随着光纤中传播的模式数目增多和传输距离增长，通常情况下任何扰动因素(光纤本身特性和缺陷及外界扰动)将导致模式之间的串扰难以避免，在接收端需采用复杂的多进多出数字信号处理(MIMO-DSP)技术进行恢复，从而导致系统复杂度和成本升高以及功耗增大。另外，传统少模光纤中支持模式数目极少，难以满足多通道模式复用有效提升通信容量的需求。传统多模光纤中可以支持很多模式数目，众多模式可以划分为相互分离的模群，可以采用模群间低串扰复用，不过，一个模群中的多个模式有效折射率相近，串扰严重，模群内的这些模式在模式复用时仍然需要辅助以MIMO-DSP技术，由于传统多模光纤模群内存在许多难以复用解复用的径向高阶模式，随着模群阶数增大，模群内的模式数目也越来越多，这导致模群内模式复用所需的MIMO-DSP复杂度急剧增长(即需要大规模MIMO-DSP技术)，这在很大程度上限制了传统多模光纤应用于多通道模式复用。环形光纤虽然普遍用于光涡旋模式复用通信，目前为了减小多个光涡旋模式间的串扰，主要采用高折射率差环形结构，这种设计由于高折射率差给光纤工艺拉制带来了很多挑战，制造出的环形光纤损耗很大，无法实现较长距离的传输。除此之外，对于本征模式(HE、EH、TE、TM)分离的保偏光纤，比如椭圆芯光纤，光纤中的本征模式也可以类似线偏振模式和光涡旋模式那样作为模式基，即可以直接使用光纤本征模式进行本征模复用通信，不过模式通道数目相对有限。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种弱导环形结构光纤，旨在解决现有技术存在的模式通道数目少、损耗大、模式串扰大因而需要大规模MIMO-DSP技术等问题。

本发明提供了一种弱导环形结构光纤，包括：环形纤芯、中心区域和包层；所述环形纤芯的折射率与所述包层的折射率之间的相对折射率差不超过1％，且所述环形纤芯的折射率与所述中心区域的折射率之间的相对折射率差不超过1％；所述弱导环形结构光纤不支持径向高阶模式，仅支持多通道径向一阶模式且分为不同模群；第一个模群2个模式，其余模群各4个模式，除了前两个模群，其余模群间的折射率差均>10^-4。

更进一步地，模式基为线偏振模式、光涡旋模式或光纤本征模式。

更进一步地，环形纤芯的折射率大于所述中心区域的折射率；所述环形纤芯的折射率大于所述包层的折射率。

更进一步地，环形纤芯的折射率分布为阶跃折射率分布或渐变折射率分布。