[发明专利]一种基于椭圆芯的大容量超模光纤

说明书

本发明公开了一种基于椭圆芯的大容量超模光纤，该光纤包括包层和n个纤芯，所述包层包围所有纤芯的外周面，所述纤芯为少模纤芯；所述纤芯为横截面是椭圆形状的椭圆纤芯，所述光纤为少模的超模结构光纤。所述椭圆纤芯长短轴的大小以及纤芯的材料不同。所述椭圆纤芯内，相邻阶模群内模式简并度为10supgt;‑4/supgt;量级，相邻模群间模式简并度为10supgt;‑3/supgt;量级。旨在使得同一模群内与单模超模光纤类似为强耦合的同时实现相邻模群间为弱耦合，既可以保留超模结构的优势又得以最大限度提升通信容量。

技术领域

本发明涉及一种光纤，尤其涉及一种大容量超模光纤。

背景技术

传统的单模传输系统已无法满足日益增长的通信容量需求，基于少模光纤和多芯光纤的空分复用(SDM)技术被认为是解决容量危机的有效途径，相关研究和工作的进展也十分迅速。

少模光纤中，每个模式都是一个单独的信道，如今少模光纤发展迅速，支持的模式数也在不断增加，使得通信容量进一步得以提升，但非简并模式间的有效折射率差距较大，在长距离传输过程中由于较大的差分群时延(DMGD)和模式相关损耗(MDL)，使得DSP复杂度大幅增加，难以实现实时传输。传统的多芯光纤是在较大的包层内承载多个单模纤芯，实现传输容量的倍增，但由于单芯的有效模场面积相较于普通单模没有提升甚至因为通信需求会更小，使得长距离传输下各信道的非线性效应未得到改善。少模光纤与多芯光纤的结合及芯间弱耦合的多芯光纤在容量提升上的确有很大的潜力(如19芯×6模)。因单芯中模式的耦合串扰，需在接收端用DSP算法进行均衡，计算复杂度巨大，目前的空分复用系统也都是离线完成。计算复杂度与M和模式群时延(DMGD)相关，所以需要大幅降低DMGD来实现长距离、大容量实时传输。目前，减小芯间模式耦合，同时增大芯内模式间耦合被认为是降低DMGD从而降低DSP复杂度的最有效方式。超模光纤是强耦合光纤中的重要类型。所谓超模，是指在多芯光纤中，当芯间耦合较强时，由于模场严重交叠而形成的区别于光纤本征模式的一组特殊模式。在强耦合多芯光纤(超模光纤)中，可以通过减小芯间距离等设计，使各个超模间的有效折射率差(即模式简并度)显著减小，在弯曲或其他扰动作用下，使模式间满足相位匹配，进而发生强耦合。相较于少模光纤，超模光纤具有(1)模式间强耦合、(2)模间低DMGD和(3)大有效模场面积和低非线性。

发明内容

基于现有的超模理念，结合目前多芯少模光纤结构和每个芯为单模的超模结构(单模超模光纤)，本发明提出一种基于椭圆芯的大容量超模光纤，每个芯为少模的超模结构光纤(少模超模光纤)，旨在使得同一模群内与单模超模光纤类似为强耦合的同时实现相邻模群间为弱耦合，既可以保留超模结构的优势又得以最大限度提升通信容量。

为了解决上述技术问题，本发明提出的一种基于椭圆芯的大容量超模光纤，该光纤包括包层和n个纤芯，所述包层包围所有纤芯的外周面，所述纤芯为少模纤芯；所述纤芯为横截面是椭圆形状的椭圆纤芯，所述光纤为少模的超模结构光纤。

进一步讲，本发明所述的基于椭圆芯的大容量超模光纤，其中：

所述椭圆纤芯长短轴的大小以及纤芯的材料不同。

所述椭圆纤芯内，相邻阶模群内模式简并度Δn_eff1为10^-4量级，相邻模群间模式简并度Δn_eff2为10^-3量级。

每个纤芯内传输模式数为两模；所述椭圆纤芯的长轴a的数值范围是1μma50μm，所述椭圆纤芯的短轴b的数值范围是1μmb50μm，且a不等于b；相邻椭圆纤芯的中心点距离d的数值范围是0.1μmd50μm；所述包层的半径r_cl的数值范围是50μmr_cl300μm，芯包的相对折射率差Δn_co的数值范围为0.1％Δn_co5％。