本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖。

背景技術(shù)：

1、隨著5g服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，世界所需的信息傳輸容量正以指數(shù)級(jí)的速度增長。未來將需要peta-b/s級(jí)大容量系統(tǒng)以滿足日益增長的容量需求。但傳統(tǒng)的單模光纖通信系統(tǒng)的傳輸容量已趨近于其理論極限-非線性香農(nóng)極限(～100tb/s)，難以繼續(xù)滿足飛速發(fā)展的互聯(lián)需。目前，光波的空間模式是僅有的尚未廣泛應(yīng)用的維度。因此，為了超越單模光纖通信系統(tǒng)的非線性香農(nóng)極限，解決光通信技術(shù)瓶頸難題，亟需研究空分復(fù)用(space-division?multiplexing，sdm)系統(tǒng)的新原理和新技術(shù)。

2、多芯少模光纖(few-mode?multi-core?fiber，fm-mcf)是sdm系統(tǒng)中的傳輸媒介之一，能同時(shí)利用了空間和模式兩個(gè)維度，在容量提升空間上有著其他光纖技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)降低單位容量的能耗和成本。然而，大容量sdm系統(tǒng)面臨的核心挑戰(zhàn)是多維信道串?dāng)_導(dǎo)致的信號(hào)處理代價(jià)提升。也就是，隨著fm-mcf中纖芯數(shù)和每根纖芯模式信道數(shù)的增加，眾多信道間耦合串?dāng)_程度加劇，導(dǎo)致接收端多入多出(multiple-input?multiple-output，mimo)補(bǔ)償算法復(fù)雜度成倍增長，制約了基于fm-mcf的sdm技術(shù)的傳輸容量拓展。此外，現(xiàn)有支持高空間信道數(shù)的fm-mcf通常以大于200μm甚至高達(dá)440μm的包層直徑為代價(jià)來增加纖芯數(shù)量，而纖芯僅支持幾個(gè)低差分模組時(shí)延模式。然而在這種方案下，接收端的mimo規(guī)模依然需要2n×2n?mimo(n為模式)對(duì)接收到的所有模式進(jìn)行補(bǔ)償。且大的包層直徑(尤其是超過250μm)會(huì)使光纖失去韌性，降低光纖的機(jī)械穩(wěn)定性及壽命。因此亟需研究用于空分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸媒介的變革性新原理和新技術(shù)。

3、為實(shí)現(xiàn)模間信道的弱耦合傳輸，需要滿足模組間的有效折射率差(δneff)在1×10-3以上。在基于軌道角動(dòng)量(orbital?angular?momentum?mode,oam)模式的復(fù)用技術(shù)中，徑向一階角向|l|階oam模場(chǎng)強(qiáng)度分布是一維徑向分布，易于與環(huán)芯oam光纖的圓對(duì)稱結(jié)構(gòu)匹配，所以容易通過調(diào)控光纖徑向折射率來抑制模式間的串?dāng)_。其徑向一階角向|l|階oam模組內(nèi)簡并模式恒為4，只要控制模組間弱耦合，就能在接收端使用小規(guī)模4*4mimo來恢復(fù)信號(hào)。支持oam模式的光纖大多都為環(huán)芯階躍折射率分布結(jié)構(gòu)。此外，為了實(shí)現(xiàn)空間信道的弱耦合傳輸，需要較大的芯間距、合理的纖芯排布方式和低折射率結(jié)構(gòu)來抑制相鄰纖芯間的串?dāng)_。由于包層尺寸的限制和大芯間距的需求，fm-mcf內(nèi)的纖芯數(shù)很難再進(jìn)一步擴(kuò)大。然而，在支持oam復(fù)用的fm-mcf技術(shù)方案中，如果能保持模間/芯間串?dāng)_在非常低的量級(jí)下，就能避免額外的模組間和纖芯間信道的mimo補(bǔ)償，只需用4*4mimo來恢復(fù)模組內(nèi)的4個(gè)簡并模式。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷，提供一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖。

2、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題。

3、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

4、一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，包括：外包層和19個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯，在所述外包層的中心位置放置溝槽輔助式的環(huán)芯，所述外包層的中心位置的外周設(shè)置有內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯，所述內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周設(shè)置有外層溝槽輔助式的環(huán)芯，兩層溝槽輔助式的環(huán)芯之間設(shè)有預(yù)設(shè)距離。

5、進(jìn)一步，所述內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周設(shè)置有外層溝槽輔助式的環(huán)芯，包括：

6、所述外層溝槽輔助式的環(huán)芯排布在以外包層的中心為圓心，半徑為λ/(2*sin15°)的圓上，外層溝槽輔助式的環(huán)芯與內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的距離為λ。

7、進(jìn)一步，6個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯排布外包層的中心位置的外周，其余12個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯排布在內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周。

8、進(jìn)一步，所述溝槽輔助式的環(huán)芯從內(nèi)到外依次包括中心層、環(huán)芯層、內(nèi)包層和環(huán)形溝槽層。

9、進(jìn)一步，所述內(nèi)包層和外包層的材料均為熔融石英，所述內(nèi)包層和外包層的折射率相同。

10、進(jìn)一步，所述溝槽輔助式的環(huán)芯支持多個(gè)軌道角動(dòng)量模式，包括：簡并態(tài)為2的oam0,1、oam0,2和簡并態(tài)為4的oam1,1、oam2,1、oam3,1、oam1,2、oam4,1、oam2,2、oam5,1模式。

11、進(jìn)一步，所述多個(gè)軌道角動(dòng)量模式在c+l波段工作。

12、進(jìn)一步，所述溝槽輔助式的環(huán)芯的折射率呈階躍型分布。

13、進(jìn)一步，所述中心層與外包層的折射率差δ1為0.83％±0.01％，所述中心層的半徑r1為1.8±0.1μm，所述環(huán)芯層與外包層的折射率差δ2為1.3％±0.01％，所述環(huán)芯層的外半徑r2為8.9±0.1μm。

14、進(jìn)一步，環(huán)形溝槽層與所述外包層的折射率差δtr為-0.6％±0.01％，環(huán)形溝槽層的內(nèi)半徑r3為11.9±0.1μm，環(huán)形溝槽層的外半徑r4為16.9±0.1μm。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：

16、本發(fā)明提供的一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖中，19個(gè)纖芯按中心圍繞雙層環(huán)形分布式部署在外包層中，以確保光纖的均勻性和一致性，降低光纖的制備復(fù)雜度，增加制備工藝誤差的容忍度，在有限的包層直徑下，設(shè)置合適的芯間距和低折射率溝槽層參數(shù)來抑制芯間串?dāng)_，以確保所有徑向一階模組能夠進(jìn)行弱耦合通信。

技術(shù)特征：

1.一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，包括：外包層(5)和19個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯，在所述外包層(5)的中心位置放置溝槽輔助式的環(huán)芯，所述外包層(5)的中心位置的外周設(shè)置有內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯，所述內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周設(shè)置有外層溝槽輔助式的環(huán)芯，兩層溝槽輔助式的環(huán)芯之間設(shè)有預(yù)設(shè)距離。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周設(shè)置有外層溝槽輔助式的環(huán)芯，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，6個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯排布外包層(5)的中心位置的外周，其余12個(gè)溝槽輔助式的環(huán)芯排布在內(nèi)層溝槽輔助式的環(huán)芯的外周。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述溝槽輔助式的環(huán)芯從內(nèi)到外依次包括中心層(1)、環(huán)芯層(2)、內(nèi)包層(3)和環(huán)形溝槽層(4)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述內(nèi)包層(3)和外包層(5)的材料均為熔融石英，所述內(nèi)包層(3)和外包層(5)的折射率相同。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述溝槽輔助式的環(huán)芯支持多個(gè)軌道角動(dòng)量模式，包括：簡并態(tài)為2的oam0,1、oam0,2和簡并態(tài)為4的oam1,1、oam2,1、oam3,1、oam1,2、oam4,1、oam2,2、oam5,1模式。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述多個(gè)軌道角動(dòng)量模式在c+l波段工作。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述溝槽輔助式的環(huán)芯的折射率呈階躍型分布。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，所述中心層(1)與外包層(5)的折射率差δ1為0.83％±0.01％，所述中心層(1)的半徑r1為1.8±0.1μm，所述環(huán)芯層(2)與外包層(5)的折射率差δ2為1.3％±0.01％，所述環(huán)芯層(2)的外半徑r2為8.9±0.1μm。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，其特征在于，環(huán)形溝槽層(4)與所述外包層(5)的折射率差δtr為-0.6％±0.01％，所述環(huán)形溝槽層(4)的內(nèi)半徑r3為11.9±0.1μm，環(huán)形溝槽層(4)的外半徑r4為16.9±0.1μm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明公開了一種弱耦合19芯32模溝槽輔助式環(huán)芯光纖，可用的徑向一階角向|l|階的空間信道數(shù)可達(dá)380個(gè)(|l|≥1)。每一個(gè)環(huán)芯纖芯由中心層纖芯、環(huán)芯層纖芯、內(nèi)包層和低折射率環(huán)形溝槽層組成，19個(gè)纖芯按中心圍繞雙層環(huán)形分布式部署在外包層中，以確保多芯光纖的均勻性和一致性，降低光纖的制備復(fù)雜度，增加制備工藝誤差的容忍度，在有限的包層直徑下，設(shè)置合適的芯間距和低折射率溝槽層參數(shù)來抑制芯間串?dāng)_，以確保所有徑向一階模組能夠進(jìn)行弱耦合通信。

技術(shù)研發(fā)人員：李朝暉,陳凱慧,涂佳靜,高社成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中山大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23