本發(fā)明涉及光通信應用的光纖技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的折射率漸變型光纖。

背景技術(shù)：

光纖作為一種廉價、高效的光波導，在通信領(lǐng)域中得到了廣泛的應用，但是光纖本身有限的信道容量制約著整個光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展。

目前，使用復用技術(shù)是提升光纖信道容量的核心解決方案，但當前的商用光纖通信系統(tǒng)容量的發(fā)展趨勢無法滿足人們的需求；其中一部分原因是傳統(tǒng)的復用技術(shù)經(jīng)過多年的研究已經(jīng)趨于完善，無法為信道容量帶來突破性的提升。為進一步提升通信容量，現(xiàn)有技術(shù)提出了空分復用的方案，該方案依賴于少模光纖，對少模光纖中少量的光束模式進行復用；這種復用方案由于復用模式數(shù)較少，算法比較簡單。為了提升復用的通道數(shù)，現(xiàn)有技術(shù)出現(xiàn)了采用多芯光纖或多模光纖為基礎(chǔ)的復用方案；但這些方案中通道的串擾尤為嚴重，為解決這些串擾十分依賴于芯片算法；同時，多模式帶來的多徑效應也制約著通信容量的擴展。

因此，現(xiàn)有技術(shù)提出了利用光纖中的軌道角動量模式作為基底模式進行復用，現(xiàn)有技術(shù)中一般用于軌道角動量模式傳輸?shù)墓饫w為階躍式環(huán)形光纖，這種光纖匹配了軌道角動量模式的形狀，可以將光纖內(nèi)的模式分為兩個一組，從而降低了算法的難度。但是這種纖芯結(jié)構(gòu)有著較強的自旋-軌道角動量耦合效應，導致其內(nèi)的偏振狀態(tài)比較復雜。另外，由于軌道角動量容易受到擾動，這種纖芯也無法保證特定模式組的遠距離穩(wěn)定傳輸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是：提供一種遠距離穩(wěn)定傳輸?shù)幕诃h(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的折射率漸變型光纖。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所提出的技術(shù)方案如下：

基于環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的折射率漸變型光纖，光纖的纖芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)；所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的纖芯的折射率分布方式采用漸變型。

上述方案中，光纖的纖芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，對纖芯中所傳輸?shù)墓鈱W模式的徑向發(fā)散進行限制，簡化模式組內(nèi)的耦合情況；其中，纖芯的折射率分布方式采用漸變型，提高同一模式組內(nèi)模式的簡并度，降低傳輸模式的自旋-軌道角動量耦合；消除了折射率邊界的影響，降低了纖芯內(nèi)模式的自旋-軌道角動量耦合效應，使得軌道角動量模式的偏振狀態(tài)更接近左旋圓或右旋圓偏振，更有利于自由空間的合成和分解；折射率漸變式光纖以模式組的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，有效降低了模式組間耦合的標準，提高模式組傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)穩(wěn)定、距離長、算法較簡單的通信。

優(yōu)選的，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的內(nèi)徑為1um～30um，環(huán)寬為1um～5um。

優(yōu)選的，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的纖芯摻雜有二氧化硅；所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的纖芯的內(nèi)徑內(nèi)填充空氣或摻雜有二氧化硅。

優(yōu)選的，所述纖芯的漸變型折射率分布滿足以下公式：

其中，r為以纖芯圓心為原點的極坐標的徑向坐標，R為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬的一半到纖芯的距離，w₁表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬一半的寬度，w₂表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬一半的寬度，n_core為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯內(nèi)徑的折射率，n_cladding表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑的折射率，n_max為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯折射率的極大值；Δ₁與Δ_z分別是：

優(yōu)選的，所述的環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的外表面上開設(shè)有折射率低槽。加強對纖芯內(nèi)模式的限制，提高模式的傳輸效率。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的基于環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的折射率漸變型光纖，光纖的纖芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，對纖芯中所傳輸?shù)墓鈱W模式的徑向發(fā)散進行限制，簡化模式組內(nèi)的耦合情況；在環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的內(nèi)側(cè)與外側(cè)摻雜材料，同時，纖芯內(nèi)側(cè)與外側(cè)的材料折射率可調(diào)節(jié)，其中，纖芯的折射率分布方式采用漸變型，提高同一模式組內(nèi)模式的簡并度，降低傳輸模式的自旋-軌道角動量耦合；消除了折射率邊界的影響，降低了纖芯內(nèi)模式的自旋-軌道角動量耦合效應，提高模式組傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)穩(wěn)定、距離長、算法較簡單的通信。

附圖說明

圖1(a)為本發(fā)明的一種光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1(b)為截面直徑線上的折射率分布圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；

為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的說明。

一種基于環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的折射率漸變型光纖，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：圖1(a)為光纖截面圖，圖1(b)為截面直徑線上的折射率分布圖，其中，圖1(a)的結(jié)構(gòu)如下：1為光纖包層外界面、2為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑、3為纖芯內(nèi)折射率最大處的位置、4為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯內(nèi)徑；其中，圖1(b)所示的折射率分布圖，與圖1(a)光纖橫截面相對應可得，纖芯外徑2至光纖包層外界面1之間的折射率為零；環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑2處的折射率為n_cladding，環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯內(nèi)徑4處的折射率n_core；在環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑2處與環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯內(nèi)徑4處之間的3處達到折射率的極大值n_max，其中，所述的3處到光纖中心的距離為半徑R；環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑2至3處的間距w₂為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬的一半，纖芯環(huán)形內(nèi)徑4至3處的間距w₁為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬的一半。

在本實施例中，環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的內(nèi)徑為1um～30um，環(huán)寬為1um～5um；其中，所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的纖芯摻雜有二氧化硅；所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的纖芯的內(nèi)徑內(nèi)填充空氣或摻雜有二氧化硅。

其中，在本實施例中，所述纖芯的漸變型折射率分布滿足以下公式：

其中，r為以纖芯圓心為原點的極坐標的徑向坐標，R為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬的一半到纖芯的距離，w₁表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬一半的寬度，w₂表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯環(huán)寬一半的寬度，n_core為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯內(nèi)徑處的折射率，n_cladding表示環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外徑處的折射率，n_max為環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯折射率的極大值；Δ₁與Δ₂分別是：

在本實施例中，光纖的纖芯采用環(huán)形結(jié)構(gòu)，對纖芯中所傳輸?shù)墓鈱W模式的徑向發(fā)散進行限制，使模式的徑向階數(shù)為一，除兩個基模外，將模式組內(nèi)的模式數(shù)量控制為四個，由低階模向高階模依次排序；模式組內(nèi)的四模式簡并，模式組間的模式隔離度較高，簡化模式組內(nèi)的耦合情況。

同時，在本實施例中，在環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯的內(nèi)徑與外徑摻雜材料，可通過控制環(huán)形光纖的結(jié)構(gòu)尺寸和折射率的參數(shù)，調(diào)節(jié)模式組數(shù)量、模式組之間有效折射率差值；同時，在環(huán)形結(jié)構(gòu)纖芯外側(cè)添加折射率低槽，加強對纖芯內(nèi)模式的限制。

纖芯的折射率分布方式采用漸變型，基于軌道角動量模式進行傳輸；提高同一模式組內(nèi)模式的簡并度，降低傳輸模式的自旋-軌道角動量耦合；消除了折射率邊界的影響，降低了纖芯內(nèi)模式的自旋-軌道角動量耦合效應，使得軌道角動量模式的偏振狀態(tài)更接近左旋圓或右旋圓偏振，更有利于自由空間的合成和分解；折射率漸變式光纖以模式組的方式進行數(shù)據(jù)傳輸，有效降低了模式組間耦合的標準，提高模式組傳輸?shù)木嚯x，實現(xiàn)穩(wěn)定、距離長、算法較簡單的通信。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。