[发明专利]弱耦合十模式少模光纤及其实现方法

说明书

一种弱耦合十模式少模光纤及其实现方法，包括：中芯和依次设置于其外的四层环芯，其中：中芯和依次设置于其外的三层环芯及包层，由中芯向外层环芯的折射率依次降低且相对于包层的折射率差值也依次递减，第三环芯覆盖中芯和前两层环芯，整体在1550nm处支持十个传输模式且所有模式之间的有效折射率差值均大于0.1％。本发明通过设计多环形纤芯各层的结构参数，使得各模式之间的有效折射率差值较大，降低模间串扰，实现弱耦合特性。少模光纤在弱耦合的条件下，不需要采用复杂的MIMO算法来实现信号的复用‑解复用，各信道之间能够独立传输信号。通过掺杂锗和控制纤芯层数进行制备，工艺简单。能够广泛应用于短距离超大容量光传输系统，具有十分广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及的是一种光电通信领域的技术，具体是一种弱耦合十模式少模光纤及其实现方法。

背景技术

近年来，各类大型数据中心和云计算业务出现，对于光网络的带宽和容量提出更高要求，普通的单模光纤难以满足容量要求。现有技术以模分复用作为进一步提高光通信容量和频谱效率的重要手段。由于强耦合模分复用系统的复杂性和高成本，其只适用于长距离通信。而与强耦合模分复用系统不同，弱耦合模分复用系统采用模间弱耦合传输光纤和具有模式选择特性的模式复用解复用器，接收端也不需要复杂的MIMO算法，因而可利用模式作为路由交换维度以实现网络容量的灵活调配。针对用于弱耦合模分复用系统的新型少模光纤和光纤器件的设计制备，现有技术采用设计低DMD的渐变折射率少模光纤来缓解对于MIMO设备设计的复杂度，但是这种渐变折射率少模光纤折射率剖面的设计需要十分精确，并且其制作过程复杂，生产难度大。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种弱耦合十模式少模光纤及其实现方法，通过设计中芯层和环芯层的结构参数，降低模间串扰，实现弱耦合特性，可广泛应用于短距离大容量光传输系统。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种弱耦合十模式少模光纤，包括：中芯和依次设置于其外的三层环芯及包层，其中：由中芯向外层环芯的折射率依次降低且相对于包层的折射率差值也依次递减，第三环芯覆盖中芯和前两层环芯，整体在1550nm处支持十个传输模式且所有模式之间的有效折射率差值均大于0.1％。

所述的包层的外径为62.5～75μm，且折射率为1.445。

所述的中芯的外径为4.4～5μm，且与包层的折射率差为0.0358～0.0363。

所述的第一环芯的外径为5.1～5.7μm，且与包层的折射率差为0.0352～0.0357。

所述的第二环芯的外径为5.8～6.4μm，且与包层的折射率差为0.0346～0.0351。

所述的第三环芯的外径为6.5～7.1μm，且与包层的折射率差为0.0340～0.0345。

所述的十个传输模式具体为：LP01、LP11、LP21、LP02、LP31、LP12、LP41、LP22、LP03和LP51。

本发明涉及上述弱耦合十模式少模光纤的实现方法，通过归一化频率和有效折射率差值的分布，确定光纤中芯和各环芯的初始范围，使光纤在范围内能产生10个以上的LP模式；然后通过神经网络逆向设计，得到所有模式之间的有效折射率差值均大于0.1％的多个10模光纤实例。

所述的神经网络逆向设计是指：采用经过训练的神经网络，预测得到不同折射率分布下的结构参数，该神经网络为Keras结构的深度神经网络，包括：每层有300个神经元的三个隐藏层、优化器、激活函数、损失函数以及目标函数，网络参数经Adam优化器迭代更新并采用对仿真软件得到的大数据集作为样本进行训练。

技术效果