[发明专利]一种基于环形结构纤芯的折射率渐变型光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光通信应用的光纤技术领域，更具体地，涉及一种基于环形结构纤芯的折射率渐变型光纤。

背景技术

光纤作为一种廉价、高效的光波导，在通信领域中得到了广泛的应用，但是光纤本身有限的信道容量制约着整个光纤通信系统的发展。

目前，使用复用技术是提升光纤信道容量的核心解决方案，但当前的商用光纤通信系统容量的发展趋势无法满足人们的需求；其中一部分原因是传统的复用技术经过多年的研究已经趋于完善，无法为信道容量带来突破性的提升。为进一步提升通信容量，现有技术提出了空分复用的方案，该方案依赖于少模光纤，对少模光纤中少量的光束模式进行复用；这种复用方案由于复用模式数较少，算法比较简单。为了提升复用的通道数，现有技术出现了采用多芯光纤或多模光纤为基础的复用方案；但这些方案中通道的串扰尤为严重，为解决这些串扰十分依赖于芯片算法；同时，多模式带来的多径效应也制约着通信容量的扩展。

因此，现有技术提出了利用光纤中的轨道角动量模式作为基底模式进行复用，现有技术中一般用于轨道角动量模式传输的光纤为阶跃式环形光纤，这种光纤匹配了轨道角动量模式的形状，可以将光纤内的模式分为两个一组，从而降低了算法的难度。但是这种纤芯结构有着较强的自旋-轨道角动量耦合效应，导致其内的偏振状态比较复杂。另外，由于轨道角动量容易受到扰动，这种纤芯也无法保证特定模式组的远距离稳定传输。

发明内容

本发明要解决的问题是：提供一种远距离稳定传输的基于环形结构纤芯的折射率渐变型光纤。

本发明为实现上述目的所提出的技术方案如下：

基于环形结构纤芯的折射率渐变型光纤，光纤的纤芯采用环形结构；所述环形结构的纤芯的折射率分布方式采用渐变型。

上述方案中，光纤的纤芯采用环形结构，对纤芯中所传输的光学模式的径向发散进行限制，简化模式组内的耦合情况；其中，纤芯的折射率分布方式采用渐变型，提高同一模式组内模式的简并度，降低传输模式的自旋-轨道角动量耦合；消除了折射率边界的影响，降低了纤芯内模式的自旋-轨道角动量耦合效应，使得轨道角动量模式的偏振状态更接近左旋圆或右旋圆偏振，更有利于自由空间的合成和分解；折射率渐变式光纤以模式组的方式进行数据传输，有效降低了模式组间耦合的标准，提高模式组传输的距离，实现稳定、距离长、算法较简单的通信。

优选的，所述环形结构纤芯的内径为1um～30um，环宽为1um～5um。

优选的，所述环形结构的纤芯掺杂有二氧化硅；所述环形结构的纤芯的内径内填充空气或掺杂有二氧化硅。

优选的，所述纤芯的渐变型折射率分布满足以下公式：

其中，r为以纤芯圆心为原点的极坐标的径向坐标，R为环形结构纤芯环宽的一半到纤芯的距离，w₁表示环形结构纤芯环宽一半的宽度，w₂表示环形结构纤芯环宽一半的宽度，n_core为环形结构纤芯内径的折射率，n_cladding表示环形结构纤芯外径的折射率，n_max为环形结构纤芯折射率的极大值；Δ₁与Δ_z分别是：

优选的，所述的环形结构纤芯的外表面上开设有折射率低槽。加强对纤芯内模式的限制，提高模式的传输效率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出的基于环形结构纤芯的折射率渐变型光纤，光纤的纤芯采用环形结构，对纤芯中所传输的光学模式的径向发散进行限制，简化模式组内的耦合情况；在环形结构纤芯的内侧与外侧掺杂材料，同时，纤芯内侧与外侧的材料折射率可调节，其中，纤芯的折射率分布方式采用渐变型，提高同一模式组内模式的简并度，降低传输模式的自旋-轨道角动量耦合；消除了折射率边界的影响，降低了纤芯内模式的自旋-轨道角动量耦合效应，提高模式组传输的距离，实现稳定、距离长、算法较简单的通信。

附图说明

图1(a)为本发明的一种光纤的结构示意图。

图1(b)为截面直径线上的折射率分布图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。