【技术实现步骤摘要】
本技术属于光纤通信领域，尤其涉及一种少模铒镱共掺光纤。
技术介绍
1、为了便于理解，本技术涉及的专业术语如下：
2、mdm：模分复用(modedivisionmultiplexing)
3、smf：单模光纤(singlemodefiber)
4、dmg：差分模态增益(differentialmodalgain)，差分模态增益从根本上是由不同的泵浦模式、信号模式和稀土掺杂元素之间的重叠差异引起的，最小化不同信号模式与泵浦模式的重叠差异有助于最小化dmg。
5、香农极限：香农定理给出了信道信息传送速率的上限(比特每秒)和信道信噪比及带宽的关系。信道容量rmax与信道带宽w，信噪比s/n关系为:
6、目前，通信领域所用的光纤一般为单模光纤(smf)，由于香农极限，单模光纤正在接近其传输的通信容量极限。因此，开发新的信息传输维度来满足日益增长的通信容量需求变得十分迫切，空分复用作为提高光纤通信系统容量的一种有前途的方法，引起了人们的广泛关注。空分复用包括模分复用(mdm)和芯分复用，模分复用是在一根光纤中利用不同的正交模式来进行信息传输的方法，芯分复用是指利用多芯光纤的每一个纤芯作为独立的传输通道进行信号传输的方法，这种技术可以将光纤通信系统的传输容量成倍乃至数量级的增加。在模分复用领域，为了实现少模光纤的长距离传输，作为信号中继器的少模掺铒光纤放大器必不可少。
7、由于少模掺铒光纤放大器需要同时放大多个信号模式，为了使每个信号模式获得相同的增益，除了增益、噪声系数
8、世界专利wo2013121371a9提出了一种基于铒镱共掺光纤放大器的高效系统，但是该专利没有提出铒镱共掺光纤的具体结构和存在的模式特性。
9、中国专利cn112099128a提出了一种分层掺杂的阶跃型弱耦合增益均衡四模掺铒光纤，该光纤的折射率分布为阶跃型分布，通过在纤芯分层掺杂铒离子来有效降低模式增益差。但是这种分层掺杂技术实现比较困难，而且少模掺铒光纤的增益需要进一步提升，不能够满足应用需求。
10、中国专利cn114268014a提出了一种铒镱共掺杂少模光纤放大器，该光纤通过在纤芯处均匀掺杂铒离子和镱离子来提高模式的增益，但是模式间的差分模态增益需要进一步降低，不能够满足应用需求。
11、综上所述，传统少模掺铒光纤以及报道的技术专利不能够很好地解决光纤对高增益、低差分模态增益的要求。因此本技术提出了一种少模铒镱共掺光纤，以满足模分复用系统对少模掺铒光纤高增益、低差分模态增益的中继放大需求。
技术实现思路
1、本技术的目的是克服上述
技术介绍
的不足，提出了一种适用于模分复用系统中继放大的少模铒镱共掺光纤。纤芯中掺杂铒离子和镱离子，包括由第一芯层、第二芯层构成的双芯层，从双芯层外端由内到外依次为沟槽、内包层和外包层，其中第一芯层、第二芯层、沟槽和外包层横截面为圆形，内包层横截面为多边形；
2、光纤芯层折射率剖面具有m型折射率分布结构，第二芯层的折射率n2与内包层的折射率n4的折射率差在0.0054～0.0100区间内，沟槽层的折射率n3与内包层的折射率n4的折射率差在-0.0040～-0.0020区间内；
3、在1530nm到1550nm波长范围内，光纤中稳定存在的模式至少七种，模式之间的差分模态增益在0.8db～1.2db区间内，并且每个模式的增益都高于20db。
4、优选的，所述内包层的横截面为矩形、d形、梅花形、六边形或者八边形中的一种。
5、优选的，纤芯折射率最低为n1，最高为n2，第一芯层内，纤芯折射率从n1开始逐渐增大至n2；
6、所述纤芯折射率最低值n1＝n4+(n2-n4)*sinb，其中n1表示纤芯折射率凹陷程度，n2表示第二芯层的折射率，n4表示内包层的折射率，b代表纤芯折射率的凹陷系数，b越大凹陷程度越小，b的取值范围为0～π/2；且纤芯折射率最低值n1大于内包层折射率n4。
7、优选的，第一芯层内，纤芯折射率以抛物线型增长，折射率剖面分布函数公式为其中0<r<r1，r1为第一芯层的半径，n1为第一芯层中心处的最低折射率，n2为第二芯层的折射率。
8、优选的，第一芯层半径r1和第二芯层半径r2满足函数关系k1的取值范围为0.20～0.50，a的取值范围为0.2667～1.5898，第二芯层半径r2的取值范围为6.0μm～10.0μm。
9、优选的，沟槽宽度的取值范围为2.5μm～10.0μm。
10、优选的，所述内包层半径r4的取值范围为50.0μm～200.0μm。
11、优选的，光纤中稳定存在的模式包括lp01、lp02、lp11、lp12、lp21、lp31和lp41。
12、与现有技术相比，本技术的优点如下：
13、(1)在纤芯中共掺杂铒离子和镱离子，可以有效提高模式的增益。在1530nm到1550nm波长范围内，每个模式的增益都高于20db。
14、(2)光纤芯层折射率剖面具有m型折射率分布的结构，能够在包层泵浦的情况下显著降低模式之间的差分模态增益。
15、(3)使用辅助沟槽结构，在内包层加入下陷层来增加相对折射率差，提升了光纤的抗弯曲性能，并且进一步降低了模式之间的差分模态增益。在1530nm到1550nm波长范围内，模式之间的差分模态增益在0.8db到1.2db。
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1.一种少模铒镱共掺光纤，其特征在于：包括由第一芯层(1-1)、第二芯层(1-2)构成的双芯层，从双芯层外端由内到外依次为沟槽(1-3)、内包层(1-4)和外包层(1-5)，其中第一芯层(1-1)、第二芯层(1-2)、沟槽(1-3)和外包层(1-5)横截面为圆形，内包层(1-4)横截面为多边形；
2.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：所述内包层(1-4)的横截面为矩形、D形、梅花形、六边形或者八边形中的一种。
3.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：纤芯折射率最低为n1，最高为n2，第一芯层(1-1)内，纤芯折射率从n1开始逐渐增大至n2；
4.根据权利要求3所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：第一芯层(1-1)内，纤芯折射率以抛物线型增长，折射率剖面分布函数公式为其中0<r<r1。
5.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：第一芯层(1-1)半径r1和第二芯层半径r2满足函数关系k1的取值范围为0.20～0.50，A的取值范围为0.2667～1.5898，第二芯层(1-2)半径
6.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：沟槽(1-3)宽度的取值范围为2.5μm～10.0μm。
7.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：所述内包层(1-4)半径r4的取值范围为50.0μm～200.0μm。
8.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：光纤中稳定存在的模式包括LP01、LP02、LP11、LP12、LP21、LP31和LP41。
9.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：在1530nm到1550nm波长范围内，光纤中稳定存在的模式至少七种，模式之间的差分模态增益在0.8dB～1.2dB区间内，并且每个模式的增益都高于20dB。
...【技术特征摘要】
1.一种少模铒镱共掺光纤，其特征在于：包括由第一芯层(1-1)、第二芯层(1-2)构成的双芯层，从双芯层外端由内到外依次为沟槽(1-3)、内包层(1-4)和外包层(1-5)，其中第一芯层(1-1)、第二芯层(1-2)、沟槽(1-3)和外包层(1-5)横截面为圆形，内包层(1-4)横截面为多边形；
2.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：所述内包层(1-4)的横截面为矩形、d形、梅花形、六边形或者八边形中的一种。
3.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：纤芯折射率最低为n1，最高为n2，第一芯层(1-1)内，纤芯折射率从n1开始逐渐增大至n2；
4.根据权利要求3所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：第一芯层(1-1)内，纤芯折射率以抛物线型增长，折射率剖面分布函数公式为其中0<r<r1。
5.根据权利要求1所述的少模铒镱共掺光纤，其特征在于：第一芯...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，熊仁丽，王廷云，黄素娟，张小贝，陈涛，庞拂飞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：新型
国别省市：
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