轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器制造技术

本发明专利技术提供一种轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器，轨道角动量掺铒光纤包括由内至外依次包裹的内包层、环形纤芯和外包层，内包层开设有中心空气孔和多个内层空气孔，多个内层空气孔围绕中心空气孔呈环形均匀排布；环形纤芯内均匀掺杂铒离子；外包层开设有多个外层空气孔，多个外层空气孔围绕环形纤芯呈环形均匀排布。本发明专利技术的轨道角动量掺铒光纤，通过设置内层空气孔和外层空气孔，能够很好地限制光场分布于环形纤芯区域，实现低差分模增益放大；无需通过掺杂等方式改变环形纤芯和包层的有效折射率差，环形纤芯采用单层铒离子均匀掺杂，与其他多层掺杂及调控掺杂分布相比，采用单材料就可实现轨道角动量模式传输，降低拉制难度，制造工艺简单。制造工艺简单。制造工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器


[0001]本专利技术涉及光纤通信
，尤其涉及一种轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器。

技术介绍

[0002]现如今，人们对数据流媒体的巨大需求，催生了移动互联网、云计算、大数据、物联网等的快速发展，从而也导致了网络容量的局限越来越明显。基于单根单模光纤的通信已逼近其容量极限100Tbit/s，对应于掺铒光纤放大器的通信中的C+L波段，而通信容量需求仍然以每四年10倍的速率在增加。因此，增加通信系统的信息容量是光通信领域一个亟待解决的问题。增加通信系统的信息容量，就是利用光束的不同自由度和维度提升通信的容量。一般来说，光波的物理维度包括频率(波长)、复振幅(幅度和相位)、时间、偏振以及空间(横截面空间分布)，波分复用、高阶正交幅度调制、时分复用以及偏分复用技术则分别是对光束波长、幅度和相位、时间以及偏振的应用。然而，这些已有的技术已经基本达到了它们的扩展极限。
[0003]空分复用利用光束的空间维度提升通信容量，是突破目前基于单根单模光纤通信系统由于非线性效应导致的容量瓶颈最有前途的技术之一。模分复用是空分复用的一种，基于少模光纤的模分复用，由于光纤中各模式的传输常数非常接近，模式耦合严重，接收端需要复杂的多输入多输出数字信号处理算法来进行信号恢复，增加了系统的复杂度和成本。为了实现接收端不引入或减少复杂的多输入多输出算法，最佳选择是使用模式间拥有大折射率差(大于10
‑4)的轨道角动量光纤。轨道角动量光束指的是携带有空间相位因子的涡旋光束，其中l为拓扑荷数，为方位角。不同的轨道角动量模式具有不同的空间相位分布，且各模式之间相互正交，这为复用技术提供了一个新的空间复用维度，丰富的拓扑荷数值可大大扩展通信的总传输容量。基于轨道角动量模式复用的100公里长传输系统已得到验证。
[0004]光纤放大器是保证光通信系统实现长距离传输的关键器件，针对多通道轨道角动量模式放大，希望可以实现所有轨道角动量模式的增益均衡。但是，现有制造光纤放大器的轨道角动量掺铒光纤不同模式间的折射率分离度小，不同模式的场分布与铒离子掺杂区域的重叠积分不能同时匹配，造成轨道角动量掺铒光纤放大器支持的放大模式数少、模式阶次低，工艺和结构复杂，增益低，噪声指数高，不能满足轨道角动量模式复用光纤通信的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器，用以解决现有技术中轨道角动量掺铒光纤不同模式间的折射率分离度小，不同模式的场分布与铒离子掺杂区域的重叠积分不能同时匹配，造成轨道角动量掺铒光纤放大器支持的放大模式数少、模式阶次低，工艺和结构复杂，增益低，噪声指数高，不能满足轨道角动量模式复用光纤通信需求的缺陷，
实现低差分模增益的轨道角动量掺铒光纤和光纤放大器。
[0006]本专利技术提供一种轨道角动量掺铒光纤，包括：由内至外依次包裹的内包层、环形纤芯和外包层，所述内包层开设有中心空气孔和多个内层空气孔，多个所述内层空气孔围绕所述中心空气孔呈环形均匀排布；所述环形纤芯内均匀掺杂铒离子；所述外包层开设有多个外层空气孔，多个所述外层空气孔围绕所述环形纤芯呈环形均匀排布。
[0007]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，多个所述外层空气孔环形排布形成多圈外侧空气孔层。
[0008]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述内层空气孔均与所述环形纤芯的内环相切，靠近所述环形纤芯的所述外层空气孔与所述环形纤芯的外环相切。
[0009]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述轨道角动量掺铒光纤具有多个可选择的结构参数，包括：所述环形纤芯的内环半径、所述环形纤芯的外环半径、所述中心空气孔的半径、所述内层空气孔的直径和个数、所述内层空气孔中心到所述中心空气孔中心的距离、所述外层空气孔的直径和个数、所述外层空气孔中心到所述中心空气孔中心的距离。
[0010]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述环形纤芯的内环半径与外环半径的比值范围为0.55
‑
0.65。
[0011]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述内包层和所述外包层为二氧化硅制件，所述环形纤芯为二氧化硅均匀掺杂铒离子制件。
[0012]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述轨道角动量掺铒光纤采用环形纤芯泵浦和基模泵浦源泵浦。
[0013]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，各所述内层空气孔的形状和尺寸相同，所述内层空气孔的横截面为圆形；
[0014]和/或，各所述外层空气孔的形状和尺寸相同，所述外层空气孔的横截面为圆形。
[0015]根据本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，所述轨道角动量掺铒光纤的放大波长范围覆盖C波段。
[0016]本专利技术还提供一种光纤放大器，包括：如上述任一项所述的轨道角动量掺铒光纤和基模泵浦源，所述轨道角动量掺铒光纤用于对输入光信号进行放大，所述基模泵浦源用于对所述轨道角动量掺铒光纤进行环形纤芯泵浦。
[0017]本专利技术提供的轨道角动量掺铒光纤，通过设置内层空气孔和外层空气孔，能够很好地限制光场分布于环形纤芯区域，实现低差分模增益放大，具有增益高、差分模增益小、噪声指数低等特点，可作为在线光纤放大器应用于基于轨道角动量模式的模分复用光纤传输系统；而且无需通过掺杂等方式改变环形纤芯和包层的有效折射率差，环形纤芯采用单层铒离子均匀掺杂，与其他多层掺杂以及调控掺杂分布相比，采用单材料就可实现轨道角动量模式的传输与放大，降低拉制难度，制造工艺较简单，效果也较好，有利于提高光纤放大器的鲁棒性，解决现有技术中轨道角动量掺铒光纤不同模式间的折射率分离度小，不同模式的场分布与铒离子掺杂区域的重叠积分不能同时匹配，造成轨道角动量掺铒光纤放大器支持的放大模式数少、模式阶次低，工艺和结构复杂，增益低，噪声指数高，不能满足轨道角动量模式复用光纤通信需求的缺陷。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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。
[0019]图1是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤的横截面结构示意图；
[0020]图2是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤中相邻本征矢量模有效折射率差随波长变化的曲线图；
[0021]图3是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤中各个本征矢量模的归一化场强分布示意图；
[0022]图4是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤中不同模式增益随波长变化的曲线图；
[0023]图5是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤中不同模式的噪声指数随波长变化的曲线图；
[0024]图6是本专利技术实施例提供的轨道角动量掺铒光纤中不同模式间最大差分模增益随波长变化的曲线图。
[0025]附图标记：
[0026]1：内包层；11：中心空气孔；12：内层空气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轨道角动量掺铒光纤，其特征在于，包括：由内至外依次包裹的内包层、环形纤芯和外包层，所述内包层开设有中心空气孔和多个内层空气孔，多个所述内层空气孔围绕所述中心空气孔呈环形均匀排布；所述环形纤芯内均匀掺杂铒离子；所述外包层开设有多个外层空气孔，多个所述外层空气孔围绕所述环形纤芯呈环形均匀排布。2.根据权利要求1所述的轨道角动量掺铒光纤，其特征在于，多个所述外层空气孔环形排布形成多圈外侧空气孔层。3.根据权利要求1所述的轨道角动量掺铒光纤，其特征在于，所述内层空气孔均与所述环形纤芯的内环相切，靠近所述环形纤芯的所述外层空气孔与所述环形纤芯的外环相切。4.根据权利要求1所述的轨道角动量掺铒光纤，其特征在于，所述轨道角动量掺铒光纤具有多个可选择的结构参数，包括：所述环形纤芯的内环半径、所述环形纤芯的外环半径、所述中心空气孔的半径、所述内层空气孔的直径和个数、所述内层空气孔中心到所述中心空气孔中心的距离、所述外层空气孔的直径和个数、所述外层空气孔中心到所述中心空气孔中心的距离。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张虎，王嘉琪，方松科，张晓光，席丽霞，张文博，冯海霞，柏子文，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：