[实用新型]一种低串扰和易MIMO处理的空气孔少模光纤

说明书

本实用新型公开了一种低串扰和易MIMO处理的空气孔少模光纤，包括纤芯和包裹纤芯的包层；其中，纤芯包括主纤芯和四个空气孔辅助纤芯，主纤芯位于光纤中心，四个空气孔辅助纤芯环绕主纤芯分布；主纤芯包括椭圆环形纤芯和位于其中心的中心纤芯；中心纤芯和四个空气孔辅助纤芯的折射率相同；椭圆环形纤芯折射率大于中心纤芯折射率；包层折射率大于中心纤芯折射率，小于椭圆环形纤芯折射率。本实用新型通过引入椭圆环形纤芯和空气孔辅助纤芯，破坏光纤折射率分布的圆对称性，增大了光纤之间的有效折射率差，使光纤支持多个高阶模并使高阶模的模场分布形式固定，从而保证多信道传输；同时该光纤可减小芯间串扰，降低差分模式延迟。

技术领域

本实用新型涉及自由空间光通信(FSO)与光纤通信技术领域，特别涉及一种低串扰和易多输入-多输出(MIMO)处理的空气孔少模光纤。

背景技术

近年来，云计算、大数据和流媒体等所引发的各种通信业务流量爆炸式增长，基于单模光纤的光纤通信容限面临趋近香农极限的限制。随着光通信技术的快速发展，目前基于光纤耦合技术的FSO-光纤混合通信系统受到了原来越广泛的关注。FSO-光纤混合通信系统是由光纤输出、光纤输入或是由激光器直接输出、光纤输入的，其在扩充网络带宽资源，提高通信流量，保证信息的超高速、超大容量传输方面表现优异。而应用于混合通信系统的空分复用系统由于具有达到超高容量从而避免所谓的容量紧缩的潜力，近年来已得到了大量的研究。其中空分复用系统的少模光纤引起了学者极大的研究兴趣。少模光纤能够在同一纤芯中传输多个模式，极大地增加了单芯光纤的传输容量，更好地克服单模光纤传输容量的限制，适用于自由空间光通信与光纤通信领域。

在大多数少模光纤传输系统中，补偿相邻模式之间的串扰问题是用多输入- 多输出(MIMO)技术来解决。然而随着传输模式数量的增加，模式之间的差分模式延迟(DMD)也随之增加，芯间串扰问题也随之加重。MIMO处理系统的复杂度和功耗上额外的成本急剧增加。因此，需要设计一种具有小的芯间串扰和更小差分模式延迟的少模光纤。

为了满足上述要求，研究人员设计出了具有特殊结构的少模光纤。具有特殊结构的光纤通过采用相邻纤芯之间不同的参数，利用相位失配来达到抑制芯间串扰的目的。同时环芯光纤可以有效分裂折射率空间，从而也可抑制模式串扰，减小差分模式延迟。文献《Design of few-mode optical fibers with air-hole structure for MIMO-less datatransmission》(Optical Engineering，2020)提出一种由空气孔辅助的环形光纤结构用于实现无MIMO处理，但该结构空气孔和纤芯的布置存在局限性未考虑工艺容差，不具备动态灵活性，适用范围窄，并且在模式串扰方面仍存在问题。申请号为201921149747.8的中国专利申请，提出一种空气槽辅助结构的少模光纤，这种结构的光纤可以提升各单元对模场的限制能力，从而抑制芯间串扰。申请号为201920056351.2的中国专利申请，提出一种环形光纤，通过采用低折射率中芯与高折射率环相结合的方式，改变特定模式的折射率，减小芯间串扰。然而，引入较高折射率环会使得纤芯中支持的传输模式大大减少。而且随着少模光纤中容纳的纤芯数量的激增，在光纤中引入多个空气沟槽结构抑制光纤芯间串扰已不再能够满足现有设计需求，同时也增加了少模光纤的实际制作难度。

综上，现有的少模光纤存在随着传输模式数量的增加，模式之间的差分模式延迟和芯间串扰问题加重，同时MIMO处理系统的复杂度提升的问题。

实用新型内容

本实用新型提供了一种低串扰和易MIMO处理的空气孔少模光纤，以解决在使用少模光纤传输的空分复用系统中，随着传输模式数量的增加，模式之间的差分模式延迟和芯间串扰问题加重，同时MIMO处理系统的复杂度提升的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了如下技术方案：

一种低串扰和易MIMO处理的空气孔少模光纤，所述空气孔少模光纤包括纤芯和包裹所述纤芯的包层；其中，