[发明专利]一种低串扰轨道角动量传输光纤及其制造方法

说明书

本发明公开了一种低串扰轨道角动量传输光纤，其裸光纤包括由内向外依次布置的中心包层、下陷包层、环形芯层和外包层；所述中心包层和所述外包层折射率相同；所述环形芯层的最高折射率大于所述下陷包层的最高折射率以及所述中心包层的折射率；所述下陷包层最低折射率小于所述环形芯层的最低折射率以及所述中心包层的折射率。本发明具有渐变折射率的环形纤芯结构，能够契合OAM模式的空间相位分布特性，实现OAM模式的高效、低串扰的大容量、高保真传输，且相较于常规阶跃型环形纤芯结构，对高阶OAM模式的串扰影响更小。

技术领域

本发明涉及光纤通信技术领域，具体涉及一种低串扰轨道角动量传输光纤及其制造方法。

背景技术

随着世界各地网络运营服务的不断渗透，全球网络流量保持了每年30-60％的增长速度。依赖于物联网和云计算的新应用、大型数据中心的出现可能会进一步加速这一增长过程。根据目前的发展速度，整个网络的容量将在未来十年至少提升100倍，而同期常规单模光纤通信系统容量的提升将会落后网络流量增速一个数量级。如何可持续提高通信系统容量，以应对不断增长的容量需求，已成为了光通信亟待解决的关键问题。

但随着接近非线性香农极限的单模光纤100-Tbit/s光纤传输容量的实现，留给现有技术进一步提升通信容量的空间已经越来越少了。为了进一步可持续性提高通信容量和频谱效率，势必需要寻找新的途径，这需要回归到光波最基本的维度资源上来。因此近年来基于轨道角动量(OAM：Orbital Angular Momentum)模式的空分复用技术在国内外引起了广泛关注。

光子轨道角动量还具有一个很重要的特性：具有不同阶数l的光子轨道角动量是正交的，并且l的取值在理论上可以是(－∞,+∞)内的任意整数值。类似在光通信发展过程中获得重大成功的波分复用(不同波长取值多样且正交)技术，不同光子轨道角动量的取值多样性及其正交性使得光子轨道角动量也可以应用于复用技术，即光子轨道角动量模式复用。通过复用携带不同信息的多个光子轨道角动量模式共轴传输，也可以为光通信系统的可持续性扩容提供新途径。

但由于轨道角动量模式特殊性，传统的单模光纤和多模光纤会导致模式串扰，无法支持光子轨道角动量模式长距离传输。因此光子轨道角动量光纤通信迫切需要新型光纤，特别是可以支持多个通道光子轨道角动量模式传输的低串扰、低损耗光纤。

中国专利“一种用于轨道角动量产生及调谐的涡旋光纤”(CN201611046969.8)、中国专利“一种支持多个线偏振模式与轨道角动量模式的少模光纤”(CN201710031428.6)和中国专利“一种OAM传输光纤及其制造方法”(CN201410195087.2)分别介绍了适于大容量传输的OAM信号传输的几种光纤，但因主要侧重大容量传输应用，在针对长距离传输需求的串扰控制和衰减控制方面未有针对性的优化设计。而中国专利“一种高纯度、低本征串扰的轨道角动量传输光纤”(CN201510664494.8)针对本征串扰有设计优化，但采用类似多模光纤的实心光纤芯区结构，对光纤设计与光纤折射率剖面控制精度都提出了较为苛刻的要求。

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低串扰轨道角动量传输光纤及其制造方法，能够实现多个OAM模式在光纤介质中长跨距、低串扰同步传输。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种低串扰轨道角动量传输光纤，其裸光纤包括由内向外依次布置的中心包层、下陷包层、环形芯层和外包层；所述中心包层和所述外包层折射率相同；所述环形芯层的最高折射率大于所述下陷包层的最高折射率以及所述中心包层的折射率；所述下陷包层最低折射率小于所述环形芯层的最低折射率以及所述中心包层的折射率。

进一步地，所述环形芯层的最大折射率相对所述中心包层的相对折射率差Δn1％为0.15％～2.25％，折射率曲线拟合斜率为0.6～0.85。