[发明专利]一种本征模完全分离的光子晶体多模光纤

说明书

本发明公开了一种本征模完全分离的光子晶体多模光纤，包括在水平和垂直方向上不对称的双折射纤芯、由圆形空气孔呈六角形阵列排列构成的内包层和纯二氧化硅构成的外包层；光纤支持大于10个本征模式，且任意两个相邻模式间有效折射率差均大于1×10^‑4甚至1×10^‑3，即所有模式完全分离，从而实现光纤多通道本征模式复用通信。本发明直接基于光纤本征模进行模分复用传输，所支持的本征模完全分离和退简并，可实现无需MIMO‑DSP技术的多通道光纤本征模稳定传输，本发明提供的光子晶体多模光纤完全由纯二氧化硅基质和空气孔点阵组成，基于现有光子晶体光纤制作工艺，便于实际拉制实现。

技术领域

本发明属于光通信领域，更具体地，涉及一种本征模完全分离的光子晶体多模光纤。

背景技术

提升光通信容量的关键技术主要包括各种信号复用技术以及信号先进高级调制技术。例如，信号复用技术包括波分复用、时分复用、偏振复用、正交频分复用、空分复用等；信号先进高级调制技术包括m阶相移键控(m-PSK)、m阶正交幅度调制(m-QAM)等。其中，空分复用利用空间维度增加空间中并行信道个数来有效提升传输系统的通信容量，仍具有非常广泛的开发空间且资源极其丰富。空分复用技术主要分为两种，一种是基于多芯光纤的多芯复用技术，另一种是基于少模光纤的模分复用技术。其中，光纤模分复用技术所采用的模式基主要为线偏(LP)模式和轨道角动量(OAM)模式，这些模式都是二重或四重简并的，在接收端需要辅助以多进多出数字信号处理(MIMO-DSP)技术来缓解模式串扰的影响，这增加了光通信系统的复杂度和成本，且MIMO-DSP的复杂度会随着通道数目的增多而急剧增加，这严重制约了多通道模分复用技术的发展。事实上，光纤本征模也是一组相互正交的空间模式基，而LP模式和OAM模式本质上都是由光纤本征模线性叠加而成，因此，我们可以直接基于光纤本征模进行模分复用传输。另一方面，当光纤发生弯曲、形变等扰动时，由本征模线性叠加而成的LP模式和OAM模式容易产生模式走离和相互耦合串扰，相比之下，直接基于光纤本征模的复用通信具有潜在优势。理论及实验表明，当光纤中支持的相邻模式间有效折射率差大于1×10^-4时足够维持模式的保偏特性，但对于多通道模式短距离(小于10km)无串扰稳定传输，模式有效折射率差至少需要大于1×10^-3。在此背景下，为了实现无需MIMO-DSP技术的多通道光纤本征模复用通信，我们需要设计一种本征模完全分离的退简并光纤(亦称保偏光纤)，其特征在于支持多个通道光纤本征模式，且所有光纤本征模式之间的有效折射率差均大于1×10^-4甚至1×10^-3，即实现所有本征模完全分离和退简并。而目前相关领域中的保偏光纤大多为单模光纤，不能支持多通道光纤本征模式复用传输，系统的通信容量较小。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种本征模完全分离的光子晶体多模光纤，用于直接基于光纤本征模复用的模分复用传输领域，旨在解决现有光纤多通道模分复用传输需辅以MIMO-DSP缓解模式串扰的问题。

本发明提供的一种本征模完全分离的光子晶体多模光纤，包括在水平和垂直方向上不对称的双折射纤芯、由圆形空气孔呈六角形阵列排列构成的内包层和纯二氧化硅外包层三部分。所述光纤支持大于10个本征模式，且任意两个相邻模式间有效折射率差均大于1×10^-4甚至1×10^-3，即所有模式完全分离，从而实现光纤多通道本征模式无串扰稳定传输。

进一步地，所述双折射纤芯采用沿x轴方向对称放置的2N₁个小圆形空气孔，所述小圆形空气孔半径为r₂，所述构成内包层的圆形空气孔半径为r₁，其中，0.5μm≤r₂<r₁≤3μm，1≤N₁≤5。