[发明专利]一种超低衰减低串扰弱耦合三阶OAM光纤

说明书

本发明涉及一种超低衰减低串扰弱耦合三阶OAM光纤，包括有芯层和包层，其特征在于的芯层为三层，第一芯层的Δ1为‑0.7％～‑0.2％，R1为3.5μm～7μm，第二芯层的Δ2为0.0％～0.5％，R2为5.5μm～9μm，第三芯层的Δ3为‑0.6％～0.1％，R3为7.5μm～11.5μm，且Δ2＞Δ3＞Δ1，3μm≤R3‑R1≤6μm，芯层外包覆有包层，包层由一层下陷包层构成，或由下陷包层和纯二氧化硅玻璃外包层两层包层构成，下陷包层为紧密围绕芯层的包层，其Δ4为‑0.9％～‑0.6％，R4为38μm～62.5μm。本发明在1550nm通信波段最高支持三个阶数的OAM模式，不同阶数的非简并OAM模式之间具有较大的有效折射率差和较低的串扰，相同阶数的简并模之间具有较小的有效折射率差和较低的DGD。

技术领域

本发明涉及一种用于光通信系统的超低衰减低串扰弱耦合三阶OAM(轨道角动量)光纤，属于光纤通信技术领域。

背景技术

单模光纤由于其传输速率快，携带信息容量大，传输距离远等优点，被广泛地应用于光纤通信网络之中。在传统的光传输网络中，时分复用、波分复用、偏振复用以及相位正交调制等技术都已被充分地应用于光通信系统中来提高单根光纤的传输容量。而近年来，随着通信、视频、大数据等业务对容量的需求与日俱增，网络带宽快速扩张，光传输网络的容量正逐步接近单根光纤的香农极限：100Tb/s。空分复用和模分复用技术是唯一还未被充分开发和使用的技术，该技术可以为单根光纤传输容量带来数量级的提升，可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输。实验表明，基于少模光纤的模分复用技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号，通过多输入多输出(MIMO)数字信号处理技术将所有的模式解调出来，从而实现更高带宽更高频谱效率的传输，因此受到了广泛的关注。然而，随着系统容量的扩展和传输距离的增加，模分复用系统中多输入多输出算法的复杂度也不断升高，MIMO技术的复杂度和信道数的平方以及DGD的大小成正比，比如一个支持六模复用的少模光纤传输系统，在接收端需要使用12×12的MIMO信号处理系统来补偿模式间的串扰，这些模式间的有效折射率差越大、DGD越大，则MIMO的复杂度越高，这严重限制了模分复用技术的商用前景。基于弱耦合少模光纤的模分复用系统近年来被提出并在短距离传输场景中得以验证，在弱耦合模分复用系统中，模间串扰被大幅限制，以降低多输入多输出算法的复杂度，在这些方案中多输入多输出算法用于均衡模式组内部的模式间串扰，模式组间的模式分离可以通过物理层的模式解复用器以及直接检测的方法实现。但是，弱耦合少模光纤中随着模式组阶数的升高，模式组内部的近似简并模式数目也随之增加，模式组间的串扰也随着模式组阶数的增加而增加，因此用来均衡模式间串扰的多输入多输出算法的复杂度也随之升高，限制了系统的进一步扩容。

OAM模式是适用于模分复用系统的另外一种模式基组，可解决上述问题。由于OAM环芯光纤的径向限制，使其支持的模式径向阶数唯一，这意味着高阶模式组内的模式数目始终为四个，从而不会由于模式组阶数的升高而增加多输入多输出算法的复杂度。目前，可以将OAM光纤及其应用场景分为三个类型：

第一，强耦合型OAM光纤应用于长距离传输。这种光纤所支持的不同阶数的模式间的有效折射率差较小、耦合较强，适合采用MIMO技术和DSP处理系统将空间中的各个模式分离出来。由于MIMO处理技术需要使用昂贵复杂的仪器和设备，且其复杂度和光纤中所支持的模式数的平方成正比关系，如果光纤中的模式数较多则解调系统将会变得相当复杂和昂贵，这严重限制了光纤中模式数的提升，限制了单根光纤容量的提升，也使其大规模商用希望渺茫。且目前这种OAM光纤的衰减都比较大，光信号在光纤中的衰减较快，无法满足长距离无中继传输的要求，这也限制了该光纤在超长距离传输中的应用。中国专利CN105242347B提出了一种抛物线型OAM光纤，光纤中的OAM模式之间具有较小的有效折射率差和较大的串扰，实际上，尽管这种抛物线型多模光纤可以支持高阶OAM模式，但是同时存在的径向高阶模式使得高阶OAM模式的复用几乎无法实现。且该光纤的损耗较大,为1dB/km。