一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤制造技术

一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，包括纤芯和包层两部分，其特征在于：所述纤芯部分是由一个高折射率环构成，高折射率环中心为一个空气孔；所述包层部分是由最内层的一圈空气孔和其外圈四层相同大小直径的空气孔构成。本发明专利技术能同时支持22个OAM模式稳定传输的微结构光纤，且各个模式在1500nm‑1600nm之间具有低平坦色散和低损耗传输特性。该光纤可用于大容量OAM光纤通信系统。

One can support 22 OAM mode transmission flattened dispersion microstructured fiber

One can support 22 OAM mode transmission flattened dispersion micro structure optical fiber comprises a fiber core and cladding of two parts, which is characterized in that the core part is composed of a high refractive index ring, high refractive index and the center of the ring for an air hole; the cladding part is composed of the air hole of the innermost circle air holes and the outer diameter of the four layers of the same size. The invention can simultaneously support 22 micro structure fiber OAM mode stable transmission, and each mode between 1500nm 1600nm flat with low dispersion and low loss transmission characteristics. The optical fiber can be used in large capacity OAM optical fiber communication system.

【技术实现步骤摘要】
一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤
本专利技术属于光纤
，特别是一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤。
技术介绍
光纤轨道角动量(OrbitalAngularMomentum,OAM)通信是一种新兴种类的光纤复用通信技术，其原理是利用相互正交的不同拓扑荷值的OAM模式作为独立的通道分别携带不同的光信息进行传输。受OAM模式优异特性的影响，OAM通信技术具有传输容量大、抗模间串扰、数据处理灵活、保密性好等诸多优点，在新型大容量光纤通信领域有着非常广泛的应用和发展前景。与传统本征模式不同，光纤中的OAM模式是由相位差为π/2的HE或EH的奇偶模式叠加而成：其中的上标表示左旋或右旋偏振方向，下标±L中的±代表OAM光束波前旋转方向，L代表拓扑荷。在传统光纤中，四种矢量模式HE、EH、TE和TM模式的传播常数都是简并的，随着传输长度的变化及外界影响，这几种简并模式之间很容易发生变形或相互耦合。因此要实现OAM模式在光纤中长距离稳定传输，必须保证光纤中TE、TM模式与HE或EH模式的传播常数发生分裂。一般来说，TE、TM模式和HE或EH模式的有效折射率差在10-4以上，并同时满足EH或HE的奇偶模式互相简并就能实现OAM光的稳定传输。近几年，新型OAM传输光纤层出不穷，最典型的就是各类纤芯为不同参数的高折射率环结构的普通光纤(L.Wang,etal,CharacterizationofOAMfibersusingfiberBragggratings[J],OpticsExpress,22(13),2014.和S.Ramachandran,etal,OnthescalabilityofringfiberdesignsforOAMmultiplexing[J],OpticsExpress,23(3),2015.等)。这类光纤较为单一的结构与固有的光学特性，限制了新型OAM光纤器件的改进与发展。在此基础上，几种结合微结构光纤灵活特性的新型OAM光纤被相继报道。这类OAM光纤具有复杂多变的细微结构，因此光学特性(如色散、非线性、损耗等)灵活可调。然而目前已报道的微结构OAM光纤色散特性都不太理想。文献(TianW,etal.Acircularphotoniccrystalfibersupporting26OAMmodes[J].OpticalFiberTechnology,30，2016)中，可支持传输的26种OAM模式在通信波段的色散值在50ps/nm/km至300ps/nm/km之间，文献(H.Zhang,etal,ANewTypeCircularPhotonicCrystalFiberforOrbitalAngularMomentumModeTransmission[J],PhotonicsTechnologyletters,28(13),2016)可支持传输的14个OAM模式在通信波段色散值在50ps/nm/km至400ps/nm/km之间，而文献(Z.Hu,etal,Photoniccrystalfiberforsupporting26orbitalangularmomentummodes[J],OpticsExpress,24(15),2016)中所有OAM模式色散在通信波段均位于-100ps/nm/km至-300ps/nm/km之间。支持OAM模式传输的光纤需要满足多种复杂的特性才能应用于通信系统。低损耗，低平坦色散，较高的折射率差值等等，这些都是光纤设计时需要考虑的特性。
技术实现思路
本专利技术针对现有OAM光纤的不足，设计了一种能同时支持22个OAM模式稳定传输的微结构光纤，且各个模式在1500nm-1600nm之间具有低平坦色散，低损耗传输特性，该光纤可用于大容量OAM光纤通信系统。如上构思，本专利技术的技术方案是：一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，包括纤芯和包层两部分，其特征在于：所述纤芯部分是由一个高折射率环构成，高折射率环中心为一个空气孔；所述包层部分是由最内层的一圈空气孔和其外圈四层相同大小直径的空气孔构成。上述外圈四层空气孔按三角栅格呈周期性排列。上述高折射率环中心空气孔的直径与包层部分外圈四层空气孔的直径相等。上述最内层的一圈空气孔和外圈四层相同大小直径的空气孔的孔间距相等。上述高折射率环的厚度h＝2μm、外圈四层空气孔的直径为d＝10μm、内圈一层空气孔的直径为d1＝4μm、所有空气孔的孔间距均为Λ＝11μm；高折射率环中心空气孔的直径为d0＝10μm。上述包层的背景材料为纯二氧化硅。上述纤芯的高折射率环由掺杂二氧化硅构成。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术提出了一种结构简单且易于制造的微结构光纤，通过设计合理的结构，优化包层最内圈空气孔及纤芯的物理参数，(即纤芯部分高折射率环的厚度h＝2μm，高折射率环中心空气孔的直径为d0＝10μm；包层部分外圈四层空气孔的直径为d＝10μm、内圈一层空气孔的直径为d1＝4μm、所有空气孔的孔间距均为Λ＝11μm。)，使得本专利技术光纤在1500nm-1600nm波段可支持22个OAM模式的稳定传输，并且所支持传输的模式色散在该波段内均能控制在0-50ps.nm-1.km-1范围内。2、本专利技术光纤的模式传输损耗非常小，所支持的所有OAM模式损耗在1550nm波段处均低于1.3549×10-9dB/m。3、本专利技术光纤可用于光纤OAM模式的稳定传输及制造OAM光通信系统相关器件。附图说明图1为本专利技术微结构光纤的横截面示意图；图2为本专利技术所支持传输的各个矢量本征模式模场分布图；图3为本专利技术中各个矢量本征模式的有效折射率与波长的变化关系；图4为有效折射率接近的各阶矢量本征模式之间的折射率差值与波长的变化关系；图5为本专利技术不同模式在1500nm-1600nm的色散与波长的变化关系。具体实施方式如图1所示：一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，横截面结构如图1所示，该光纤由纤芯和包层构成。纤芯部分是由一个厚度为h的高折射率环构成，高折射率环中心为一个直径为d0的空气孔。所述光纤的包层部分是由最内层的一圈直径为d1的小型空气孔和外圈4层相同大小直径为d的空气孔构成，外圈4层空气孔按三角栅格呈周期性排列，各个空气孔的孔间距均为Λ。选取光纤包层背景材料为纯二氧化硅，纤芯高折射率环为掺杂二氧化硅，且折射率比包层背景材料高0.05。光纤包层最外4层空气孔直径为d＝10μm，内圈一层小空气孔直径为d1＝4μm，所有空气孔的孔间距均为Λ＝11μm，纤芯高折射率环厚度选取为h＝2μm，高折射率环中心的大空气孔直径为d0＝10μm。得到该参数下微结构光纤的模式特性如图2至5及表1所示。图2至4结果表明，所述微结构光纤可支持14个矢量本征模式的稳定传输，各阶矢量模式与其他矢量模式的有效折射率差值均大于1×10--4数量级，保证了各阶矢量模式对应的OAM模式的稳定传输；从图中可以看出，该光纤可支持共计22个OAM模式的稳定传输。图5结果表明，在1500nm-1600nm波长范围内，各个模式的色散值均小于50ps·nm-1·km-1，色散值均较低。色散值最大的为HE71模式，该模式在波长为1550nm处其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，包括纤芯和包层两部分，其特征在于：所述纤芯部分是由一个高折射率环构成，高折射率环中心为一个空气孔；所述包层部分是由最内层的一圈空气孔和其外圈四层相同大小直径的空气孔构成。

【技术特征摘要】
1.一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，包括纤芯和包层两部分，其特征在于：所述纤芯部分是由一个高折射率环构成，高折射率环中心为一个空气孔；所述包层部分是由最内层的一圈空气孔和其外圈四层相同大小直径的空气孔构成。2.根据权利要求1所述的一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，其特征在于：上述外圈四层空气孔按三角栅格呈周期性排列。3.根据权利要求1所述的一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，其特征在于：上述高折射率环中心空气孔的直径与包层部分外圈四层空气孔的直径相等。4.根据权利要求1所述的一种可支持22个OAM模式传输的低平坦色散微结构光纤，其特征在于：上述最内层的一圈空气孔的孔间距相等。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄薇，游永，陈胜勇，宋彬彬，赵萌，石凡，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12