一种少模双芯光功率分束器单元及集成光功率分束器制造技术

本发明专利技术公开了一种少模双芯光功率分束器单元及集成光功率分束器，该分束器单元包括：第一包层、设置在第一包层内的第二包层以及设置在第二包层之内的两个纤芯；第一包层和第二包层之间形成圆环状腔体，圆环状腔体内填充有第一填充材料；第二包层与两个纤芯之间填充有第二填充材料，第二填充材料的折射率高于第一填充材料的折射率；每一个纤芯内填充有第三填充材料，第三填充材料的折射率高于第二填充材料的折射率；每一个纤芯的直径在第一范围内，以使减小两个纤芯的模间串扰且支持多种光学模式；两个纤芯之间的芯间距小于预设值，以减小两个纤芯的模间串扰。本发明专利技术可以在将两个纤芯的模间串扰控制在很低水平的同时支持多种光学模式。光学模式。光学模式。

【技术实现步骤摘要】
一种少模双芯光功率分束器单元及集成光功率分束器


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，特别涉及一种少模双芯光功率分束器单元及集成光功率分束器。

技术介绍

[0002]在光纤通信网络系统中，空分复用(简称为SDM)技术是目前克服光通信实际容量限制的主要技术，而光纤功率分束器在SDM系统中起着重要作用，用于光功率的拆分。由单芯光纤输出的光束经过光纤功率分束器后，会被分为几个分支，进而路由到不同的位置用于不同的目的。目前，SDM系统中使用的光纤功率分束器主要有以下两种类型：
[0003](1)弱耦合多芯光纤(简称MCF)分束器，这种分束器在一个包层区内包含多个单模纤芯，每个单模纤芯可单独使用。此类分束器可有效扩展空间信道数，但是在有限的包层尺寸条件下，纤芯数量也会被严重限制，芯间串扰较高，因此芯间串扰的抑制也是一个棘手的问题。
[0004](2)少模光纤(简称FMF)分束器和多模光纤(简称MMF)分束器，此类分束器由一个单芯组成，这个单芯可以支持几种光学模式，每一种光学模式都可独立的传输数据，多模光纤分束器可以支持的光学模式的数量要多于少模光纤分束器可以支持的光学模式。多模光纤分束器在标准包层直径125μm的情况下，在理论上可以将空间信道数扩展到30以上。但是随着光纤纤芯可支持光学模式数量的增加，模间串扰的控制成为一个很具挑战性的问题，对于制造工艺的要求也非常严格。相比于多模光纤分束器，少模光纤分束器在现有制造工艺下，在通信波段内可以保持低的模间串扰，但同时也限制了空分复用的通信容量。
专利技术内容
[0005]本专利技术提供一种少模双芯光功率分束器单元及集成光功率分束器，可以减少模间串扰，提高信号质量。
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种少模双芯光功率分束器单元，包括：第一包层、设置在所述第一包层内的第二包层以及设置在所述第二包层之内的两个纤芯；
[0008]所述第一包层和所述第二包层之间形成圆环状腔体，所述圆环状腔体内填充有第一填充材料；所述第二包层与所述两个纤芯之间填充有第二填充材料，所述第二填充材料的折射率高于所述第一填充材料的折射率；每一个所述纤芯内填充有第三填充材料，所述第三填充材料的折射率高于所述第二填充材料的折射率；每一个所述纤芯的直径在第一范围内，以使减小两个所述纤芯的模间串扰且支持多种光学模式；两个所述纤芯之间的芯间距小于预设值，以减小两个所述纤芯的模间串扰。
[0009]第二方面，本专利技术提供一种集成光功率分束器，包括：第三包层以及设置在所述第三包层内的多个少模双芯光功率分束器单元；所述第三包层与各个所述少模双芯光功率分束器单元之间填充有所述第二填充材料；所述少模双芯光功率分束器单元为权利要求1～6
任一项所述的分束器单元。
[0010]本专利技术上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下技术效果：
[0011]本专利技术提供的少模双芯光功率分束器单元，由于从内向外的填充材料的折射率逐渐减小，光的传导机制是全内反射，减少外散的能量。而且，每一个所述纤芯的直径在第一范围内，可以在将两个所述纤芯的模间串扰控制在很低水平的同时支持多种光学模式。还有两个所述纤芯之间的芯间距小于预设值，可以进一步控制两个所述纤芯的模间串扰在一个比较低的水平。
[0012]本专利技术提供的集成光功率分束器，由于圆环状腔体的内侧为第二包层内的第二填充材料，圆环状腔体的外侧为第三包层内的第二填充材料，而圆环状腔体内是第一填充材料，而第一填充材料的折射率小于第二填充材料的折射率，因此圆环状腔体的折射率最低，可有效限制光能量的泄露，因此两个分束器单元之间的芯间串扰很小，可以忽略，因此可以保证光信息高质量的传输。进一步的，由于本专利技术的集成光功率分束器中集成了多个分束器单元，而每一个分束器单元中的纤芯可以支持多种光学模式且模间串扰很小，因此可以大大扩展空间信道数量，进而大大增加了空间信道容量。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1是本专利技术实施例中一个少模双芯光功率分束器单元的横截面示意图；
[0015]图2a是不同光学模式之间的有效折射率差随波长的变化示意图；
[0016]图2b是不同超模模式之间的有效折射率差随波长的变化示意图；
[0017]图3a是一个纤芯所支持的五种光学模式的模场图；
[0018]图3b是两个纤芯形成的五种超模模式的模场图；
[0019]图4a是两个纤芯的光功率随传输距离变化的示意图；
[0020]图4b是能量归一化后两个纤芯的光功率随传输距离变化的示意图；
[0021]图5是本专利技术实施例中一个集成光功率分束器的横截面示意图；
[0022]图6是本专利技术实施例中芯间串扰随着波长的变化示意图。
[0023]附图标记：
[0024]1、纤芯内的填充区；2、第二包层内的填充区；3、第一包层与第二包层之间的圆环状腔体；4、第三包层内的填充区。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0026]第一方面，本专利技术提供一种少模双芯光功率分束器单元，如图1所示，该分束器单元包括：第一包层、设置在所述第一包层内的第二包层以及设置在所述第二包层之内的两个纤芯；其中：
[0027]所述第一包层和所述第二包层之间形成圆环状腔体，所述圆环状腔体内填充有第一填充材料；所述第二包层与所述两个纤芯之间填充有第二填充材料，所述第二填充材料的折射率高于所述第一填充材料的折射率；每一个所述纤芯内填充有第三填充材料，所述第三填充材料的折射率高于所述第二填充材料的折射率；每一个所述纤芯的直径在第一范围内，以使减小两个所述纤芯的模间串扰且支持多种光学模式；两个所述纤芯之间的芯间距小于预设值，以减小两个所述纤芯的模间串扰。
[0028]可理解的是，在两个纤芯之外设置有两个包层，第一包层为外层的包层，第二包层为内层的包层，在第一包层和第二包层之间形成一个圆环状的间隙，即圆环状腔体。
[0029]可理解的是，圆环状腔体内的第一填充材料的折射率小于第二包层内的第二填充材料的折射率，而第二包层内的第二填充材料的折射率小于纤芯内的第三填充材料的折射率，也就是说，由内向外的填充材料的折射率逐渐减小，这样光的传导机制是全内反射，减少外散的能量。
[0030]例如，所述第一填充材料为二氧化硅掺氟化物，所述第二填充材料为二氧化硅，所述第三填充材料为二氧化硅掺杂二氧化锗，也就是说，在纤芯内的填充区1内填充二氧化硅掺杂二氧化锗，在第二包层的填充区2内填充二氧化硅，在圆环状腔体3内填充二氧化硅掺氟化物，这样纤芯内的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种少模双芯光功率分束器单元，其特征在于，包括：第一包层、设置在所述第一包层内的第二包层以及设置在所述第二包层之内的两个纤芯；所述第一包层和所述第二包层之间形成圆环状腔体，所述圆环状腔体内填充有第一填充材料；所述第二包层与所述两个纤芯之间填充有第二填充材料，所述第二填充材料的折射率高于所述第一填充材料的折射率；每一个所述纤芯内填充有第三填充材料，所述第三填充材料的折射率高于所述第二填充材料的折射率；每一个所述纤芯的直径在第一范围内，以使减小两个所述纤芯的模间串扰且支持多种光学模式；两个所述纤芯之间的芯间距小于预设值，以减小两个所述纤芯的模间串扰。2.根据权利要求1所述的分束器单元，其特征在于，两个所述纤芯之间的芯间距在小于所述预设值的第二范围内，以使两个所述纤芯内的光学模式耦合为超模。3.根据权利要求2所述的分束器单元，其特征在于，所述第一范围为14μm～16μm，所述第二范围为19μm～21μm。4.根据权利要求1所述的分束器单元，其特征在于，所述分束器单元的长度为第一长度，在所述第一长度时两个所述纤芯的输出光功率相同。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：苑金辉，张志超，邱石，屈玉玮，周娴，梅超，王葵如，颜玢玢，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：