[发明专利]传输及放大涡旋光的环形芯双包层光纤及其制备方法

说明书

本发明公开了一种传输及放大涡旋光的环形芯双包层光纤及其制备方法，光纤由内向外依次包括纤芯(1)、高折射率环(2)、内包层(3)和外包层(4)，其中高折射率环(2)的折射率最高，外包层(4)次之。本发明设计了一种传输及放大涡旋光的PbSe掺杂环形芯双包层光纤，该光纤通过高折射率环的内外层掺杂了低于包层折射率的外部材料，增加折射率的对比度。本光纤应用于光纤传感器中，可实现高分辨率应变测量、提高温度传感器灵敏度等；应用于涡旋光光纤放大器中，可降低放大器系统损耗，提高增益，增加通信距离等，具有良好的应用价值。

技术领域

本发明涉及一种光纤结构，以及这种光纤的制备方法。

背景技术

当前，光传输系统的研究正处于活跃的发展期，光的幅度、时间/频率、正交相位和偏振4个物理维度已通过偏振复用、频分复用等光传输技术被利用到接近极限，单纤容量向100T bit/s发展，已接近普通商用单模光纤传输系统的香农极限。因此，研究人员开始关注尚未得到充分利用的光纤空间维度。空分复用是通过在空间独立的传输信道上，增加单个光纤数据通路的数量从而提升光纤的传输容量。光纤通信系统的空分复用技术主要包括芯分复用和模分复用方式，模分复用利用同一纤芯内部中不同模式间的正交性，将信号加载到每个模式上进行传输。模分复用技术中的一种新型复用技术—轨道角动量(orbitalangular momentum,OAM)复用技术，利用OAM模式内在的正交性，将多路信号调制在不同的OAM模式上，根据模式的不同区分不同的信道。由于具有OAM的螺旋波束可以构成无穷维的希尔伯特空间，因此理论上同一载频利用OAM复用可获得无穷的传输能力。

涡旋光是携带有光轨道角动量信息的具有螺旋形相位分布的光束，在普通的圆光纤中，模间有效折射率差小，涡旋光在普通光纤中传输时容易发生模式简并，严重影响了信号质量，并不适合用于传输涡旋光，所以需要设计一种适于传输涡旋光的光纤结构。放大器作为光纤通信系统的核心技术，是光纤通信发展史上的一个新的里程碑，然而，光纤通信容量日益增大，对光放大带宽提出了更高的要求。掺铒光纤放大器由于高增益、低损耗等优点已经得到了广泛的应用。例如：文献《Amplifying Orbital Angular Momentum Modes inRing-Core Erbium-Doped Fiber》(Research，2020)提出并构造了一种基于空气孔掺铒环形芯光纤(RC-EDF)的涡旋光光纤放大器。两个涡旋光模式(OAM₊₁和OAM_-1)各自承载10Gbaud正交相移键控(QPSK)或正交幅度调制(QAM)信号，通过基于RC-EDF的涡旋光光纤放大器复用在一起并放大。通过在四个波长上放大两个承载10G baud QPSK信号的涡旋光模式，评估了涡旋光光纤放大器与波分复用(WDM)系统的兼容性，测量的小信号增益在1530到1565nm之间大于14dB。结果表明，基于RC-EDF的涡旋光光纤放大器在数据传输OAM复用和WDM系统中具有良好的性能。但由于铒离子能带结构固定，掺铒光纤放大器放大带宽只有35nm，需要寻找一种更优良的掺杂介质。