本專利申請(qǐng)涉及一種新型光纖，提出了一種高折射率微米棒輔助橢圓芯少模光纖，可應(yīng)用于模分復(fù)用等新一代信息。

背景技術(shù)：

1、隨著各種通信業(yè)務(wù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單模光纖受非線性香農(nóng)極限的限制已無(wú)法滿足更多通信業(yè)務(wù)的需求。基于少模光纖的模分復(fù)用技術(shù)成倍提高單模光纖的傳輸容量和頻譜效率，成為當(dāng)前光纖通信領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。少模光纖作為光纖通信系統(tǒng)中信息的傳輸載體，如何提升光纖的傳輸性能，減小少模光纖的損耗和串?dāng)_是光傳輸技術(shù)中亟待解決的問(wèn)題。

2、針對(duì)單模光纖容量存在極限問(wèn)題，目前提出的傳統(tǒng)圓芯少模光纖在不斷地突破光纖的傳輸容量或頻譜效率[zhang?q，han?w,xiong?z，et?al.3×34gb/s?pdm-qpsk?signalmode?division?multiplexing?experiment?based?on?fewmode?fiber[j].opticalcommunication?technology,2022，46(1)：77-80；rademacher?g，puttnam?b?j，r?s，et?al.10.66peta-bit/s?transmission?over?a?38-core-three-mode?fiber.in?opticalfiber?communication?conference(ofc)，osa?technical?digest(optical?society?ofamerica)，2020，paper?th3h.1；beppu?s，soma?d，sumita?s，et?al.402.7-tb/s?mdm-wdmtransmission?over?weakly?coupled?10-mode?fiber?using?rate-adaptive?ps-16qamsignals[j].journal?of?lightwave?technology,2020，38：2835-2841；wakayama?y，somad，beppu?s.266.1-tbit/s?transmission?over?90.4-km?6-mode?fiber?with?inlinedual?c+l-band?6-mode?edfa[j].journal?of?lightwave?technology,2019，37：404-410；soma?d，beppu?s，wakayama?y,et?al.257-tbit/s?weakly?coupled?10-mode?c+l-bandwdm?transmission[j].journal?of?lightwave?technology,2018，36：1375-1381；weerdenburg?j，ryf?r，alvarado-zacarias?j，et?al.138-tb/s?mode-and?wavelength-multiplexed?transmission?over?six-mode?graded-index?fiber[j].journal?oflightwave?technology,2018，36：1369-1374；]，但是這些圓芯少模光纖模式間的串?dāng)_和損耗仍然存在，模式間串?dāng)_需要使用多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理，光纖的損耗會(huì)影響光通信系統(tǒng)的傳輸距離或中繼距離，光纖的損耗是決定光纖通信系統(tǒng)容量的最重要參數(shù)。為了解決光纖中串?dāng)_和損耗，環(huán)芯少模光纖[shuo?c，yue?t，huiping?t.eight-mode?ring-corefew-mode?fiber?using?cross-arranged?different-material-filling?side?holes.[j].applied?optics,2020,59(15)；brunet?c，ung?l，wang?l，et?al.design?of?a?familyof?ring-core?fibers?for?oam?transmission?studies[j].optics?express，2015，23(8)：10553-10563；ramachandran?s，kristensen?p,yan?m?f.generation?andpropagation?of?radially?polarized?beams?in?optical?fibers[j].optics?letters，2009，34(16)：2525-2527.]、橢圓芯少模光纖[corsi，a.；chang，j.h.；rusch，l.a.；larochelle，s.design?of?a?ten-mode?polarization-maintaining?few-mode?fiber?formimo-less?data?transmission.in?proceedings?of?the?european?conference?onoptical?communication，rome，italy,23-27?september?2018；parmigiani?f,jung?y，?l，et?al.elliptical?core?few?mode?fibers?for?multiple-inputmultiple?output-free?space?division?multiplexing?transmission[j].ieeephotonics?technology?letters，2017，29(21)：1764-1767；ip?e，milione?g，li?m，etal.sdm?transmission?of?real-time?10gbe?trafficusing?commercial?sfp+transceivers?over?0.5km?elliptical-core?few-mode?fiber[j].optics?express，2015，23(13)：17120-17126]、橢圓環(huán)芯少模光纖[xiaoqiang?z，yongj，yong?x，etal.polarization-maintaining?fiber?composed?of?an?elliptical?ring?core?and?twocircular?air?holes.[j].applied?optics，2019，58(32)；zhao?j，tang?m，oh?k，etal.polarization-maintaining?few?mode?fiber?composed?of?a?central?circular-hole?and?an?elliptical-ring?core[j].photonics?research，2017，5(03)：261-266；wang?l，nejad?r?m，corsi?a，et?al.linearly?polarized?vector?modes：enabling?mimo-free?mode-division?multiplexing[j].optics?express，2017，25(10)：11736-11748；wang?l，larochelle?s.design?of?eight-mode?polarization-maintaining?few-modefiber?for?multiple-input?multiple-output-free?spatial?division?multiplexing[j].optics?letters，2015，40(24)：5846-5849]、熊貓型少模光纖[zhang，j.；chen，yk.；wu，z.c.；feng，s.j.；shum，p.；huang，t.y.panda?type?separated-circles-formedelliptical?ring?core?few-mode?fiber.opt.fiber?technol.2022，73，103067；du，z.y；wang，c.c.；li，p.x.；li，p；zheng，j.j.；ning，t.g.fully?degeneracy-lifted?panda?few-mode?fiber?based?on?the?segmented?ring-core.optik?2022，255，168710；yan?h，li?s，xie?z，et?al.design?of?pand?ring-core?fiber?with?10?polarization-maintainingmodes[j].photonics?research，2017，5(1)：1-5；cao?y，zhao?y，yu?x，et?al.design?andcharacterization?of?16-mode?panda?polarization-maintaining?few-mode?ring-corefiber?for?spatial?division?multiplexing[j].optical?engineering，2017，56：116102]和蝴蝶結(jié)型少模光纖[ci?y，ren?f,lei?x，et?al.a?weakly-coupled?double?bow-tie?multi-ring?elliptical?core?multi-mode?fiber?for?mode?divisionmultiplexing?across?c+l+u?band[j].applied?sciences，2023，13(10)；zhang，j.；ren，f.；niu，j.；lei，x.；zhang，y.；cui，f.；wang，j.design?of?weakly?coupled?20-eigenmodebow-tie?rectangular?dual-step?fiber?for?short-haul?communication?in?oband.opt.eng.2021，60，126107；yang，t.x.；zhang，h.；xi，l.x.；yang，j.x.；chen，z.；wang，x.q.；zhang，x.g.design?of?a?novel?bow-tie?polarization?ring-core?few-modefiber?for?mimo-free?mdm?system.in?proceedings?of?the?26th?optoelectronics?andcommunications?conference，hong?kong，china，3-7july?2021.]被提出并證明具有分離空間模式和減少模式耦合的能力。環(huán)形少模光纖與傳統(tǒng)的圓心少模光纖相比，環(huán)形少模光纖(rc-fmf)具有更大的有效模面積，以實(shí)現(xiàn)低非線性、低傳輸損耗和微彎損耗，例如該文章[shuo?c，yue?t，huiping?t.eight-mode?ring-core?few-mode?fiber?using?cross-arranged?different-material-filling?side?holes.[j].applied?optics,2020,59(15)；]所提及的八模環(huán)芯少模光纖利用一種交叉排列的不同材料填充側(cè)孔的環(huán)形少模光纖(rc-fmf)，在具有較大的有效面積基礎(chǔ)上，可以更好的打破模式之間的簡(jiǎn)并。橢圓芯以及橢圓環(huán)芯光纖都具有纖芯是橢圓形狀的特性，由于橢圓形狀特性的影響，它有利于打破模式之間的簡(jiǎn)并，提高信道的利用率，而且具有更大的設(shè)計(jì)自由度，對(duì)于橢圓環(huán)形芯光纖而言，導(dǎo)模的功率沿著環(huán)形芯強(qiáng)烈限制，損耗顯著降低。熊貓型少模光纖以及蝴蝶結(jié)型少模光纖的提出也是為了更好地提高模式之間的有效折射率差，突破傳統(tǒng)單模光纖的局限性，降低模式耦合引起的串?dāng)_，盡量的消除對(duì)多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理的需求，提高傳輸容量和頻譜效率的潛力。

3、上述這些少模光纖都是偏振保持的少模光纖，模式中的x分量和y分量被分開(kāi)，模式間的相對(duì)折射率差大于10-4量級(jí)，一定程度上能夠減小模式xy分量間的串?dāng)_；若接收端通過(guò)數(shù)字信號(hào)處理進(jìn)行補(bǔ)償，仍然會(huì)增加短距離傳輸系統(tǒng)的復(fù)雜度、計(jì)算量、成本等。為了更進(jìn)一步減小光纖的串?dāng)_，打破空間模式的簡(jiǎn)并，應(yīng)用無(wú)需多輸入多輸出運(yùn)作是未來(lái)短距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N優(yōu)選方案。綜上，采取有力措施打破空間模式的簡(jiǎn)并，消除復(fù)雜的多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理(mimo-dsp)，實(shí)現(xiàn)無(wú)mimo(mimo-free)應(yīng)用，有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值，研究意義重大、應(yīng)用前景廣闊。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N高折射率微米棒輔助橢圓芯少模光纖，該光纖融合了純二氧化硅橢圓纖芯、階躍折射率分布、高折射率微米棒和空氣孔輔助區(qū)域等優(yōu)點(diǎn)，打破了空間模式的簡(jiǎn)并，實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)調(diào)控和保模功能，消除了復(fù)雜的mimo-dsp處理，實(shí)現(xiàn)了低損耗、低串?dāng)_的mimo-free應(yīng)用，為光纖光學(xué)、光纖通信、光纖無(wú)線接入、光學(xué)信息處理和新一代信息技術(shù)等領(lǐng)域的深入研究提供了重要支持。

2、本專利申請(qǐng)解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

3、一種高折射率微米棒輔助橢圓芯少模光纖；其特征在于：該光纖由純二氧化硅橢圓纖芯、空氣孔、高折射率微米棒和包層構(gòu)成，其中纖芯具有階躍折射率分布；橢圓纖芯的水平半徑為ax＝7.2μm，垂直半徑為ay＝4.8μm，橢圓度ρ＝ax/ay＝1.5；纖芯中的四個(gè)圓形結(jié)構(gòu)為高折射率微米棒，x軸上兩個(gè)微米棒的折射率相同，y軸上兩個(gè)微米棒的折射率相同，其中這四個(gè)微米棒的半徑是完全相同的，半徑r1＝0.6μm；纖芯外xy軸上四個(gè)圓形結(jié)構(gòu)是空氣孔，其中x軸上兩個(gè)孔是完全相同的，半徑r3＝7μm；y軸上兩個(gè)孔也是完全相同的，半徑r2＝7.6μm；除橢圓纖芯、高折射率微米棒和空氣孔外，其余部分為包層，其外包層半徑值是r＝62.5μm；纖芯的中心坐標(biāo)為(0，0)；纖芯內(nèi)部x軸上高折射率微米棒的中心坐標(biāo)分別為(-3.5e-6，0)和(3.5e-6，0)，纖芯內(nèi)部y軸上高折射率微米棒的中心坐標(biāo)分別為(0，4.2e-6)和(0，-4.2e-6)；纖芯外部x軸上兩個(gè)空氣孔的中心坐標(biāo)分別為(-1.95e-5，0)和(1.95e-5，0)，纖芯外部y軸上兩個(gè)空氣孔的中心坐標(biāo)別為(0，1.77e-5)和(0，-1.77e-5)；純二氧化硅纖芯、x軸上高折射率微米棒、y軸上高折射率微米棒、空氣孔區(qū)域和包層的折射率分別為n1＝1.4440，n2＝1.4590，n3＝1.4670，n4＝1，n＝1.4292。光纖中空間模式的模場(chǎng)特性可以通過(guò)改變纖芯和包層的折射率分布、尺寸、位置來(lái)改變。

4、本專利申請(qǐng)的有益效果如下：

5、1.該橢圓纖芯、高折射率微米棒打破了空間模式的簡(jiǎn)并，實(shí)現(xiàn)了光場(chǎng)調(diào)控和保模功能，有效提高了模式間的有效折射率差，有利于模式間的低串?dāng)_傳輸，消除了復(fù)雜的mimo-dsp處理，實(shí)現(xiàn)了mimo-free應(yīng)用的良好傳輸，進(jìn)一步提高光纖傳輸性能；

6、2.該光纖采用空氣孔輔助區(qū)域，可以有效減小彎曲損耗；

7、3.該光纖融合了純二氧化硅纖芯實(shí)現(xiàn)了低損耗，為光纖光學(xué)、光纖通信、光纖無(wú)線接入和光學(xué)信息處理、新一代信息技術(shù)等領(lǐng)域的深入研究提供了重要支持。

8、4.該光纖中厄米高斯模場(chǎng)特性可以通過(guò)改變纖芯、包層、高折射率微米棒及空氣孔的尺寸、位置和折射率分布來(lái)改變。