利用少模光纤的光传输制造技术

在一些实施方式中，光通信系统包括支持至少2个空间模式但不多于50个空间模式的少模光纤。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】利用少模光纤的光传输相关申请的交叉引用本申请要求于2010年I月27日递交的、序列号为61/298，728、题为“OpticalTransmission Using Multi-mode Optical Fiber”的共同待决美国临时申请的优先权,其在此通过引用被全文并入。背景光纤是电信中常见的一种通信媒介。其对于长距离通信特别有利，因为与电缆相t匕，光通过光纤传播时具有很小的衰减，并且因为可能获得较高的数据率。在大多数长距离通信的场合，使用单模光纤。单模光纤通常具有在约8-10微米(μ m)范围内的纤芯直径，并且对于光信号仅能支持单个空间模式或路径。虽然多模光纤能够支持更多的模式(通常为100-200个模式)且因此能够用于传输更多的数据，但多模光纤 受到失真问题的困扰，比如模式色散，这成为较长距离上特有的问题。虽然提供了长距离场合中多模光纤上的优势，单模光纤受到非线性问题的困扰，例如自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、及四波混频(FWM)。这些现象是对光纤传输容量的主要限制。已经付出了大量的努力来降低、减轻或移除非线性所造成的不利后果。这样的努力包括使用色散图，使用具有较高非线性容许度的调制方式例如差分相位键控(DPSK)，使用放大方案例如拉曼放大，设计具有较大有效面积的光纤，以及使用数字信号处理(DSP)技术补偿非线性损害。遗憾的是，所有这些方法在其能够降低非线性损害的程度上都是有限的。附图简述参考附图，能够更好地理解所公开的实施方式。注意到，附图中所示出的组件不一定按照比例绘制。图I是少模光纤的第一实施方式的截面图及其相关的折射率分布图。图2是少模光纤的第二实施方式的截面图及其相关的折射率分布图。图3是少模光纤的第三实施方式的截面图及其相关的折射率分布图。图4是少模光纤的第四实施方式的截面图及其相关的折射率分布图。图5是光传输系统的第一实施方式的框图。图6是光传输系统的第二实施方式的框图。图7是光传输系统的第三实施方式的框图。图8是光传输系统的第四实施方式的框图。图9是光传输系统的第五实施方式的框图。附图说明图10是光传输系统的第六实施方式的框图。图11是一实验系统的框图，该实验系统用于测试光传输中的少模光纤的可行性。图12是绘制了从使用图11的系统的测试得出的所测量的Q因子的图示。图13是比较在测试中获得的单模光纤和少模光纤的Q因子的图示。图14是少模光纤的第五实施方式的截面图。详细描述如以上所描述的，单模光纤通常用于长距离的光通信中，因为它们不像多模光纤那样受失真问题的损害。然而，单模光纤受到非线性问题的困扰，这是对光纤传输容量的主要限制。如这里所描述的，当使用支持多于一个的空间模式但又比当前所使用的多模光纤支持较少的空间模式的光纤作为传输系统或通信链路的传输媒介时，可获得有利的结果。这样的光纤在此被称为“少模”光纤，且在一些实施方式中，支持约2-50个模式。少模光纤不具有如单模光纤一样的非线性问题，并且能够被配置成不具有对多模光纤普遍存在的模式色散问题。在一些实施方式中，少模光纤在长距离通信链路中代替单模光纤而被使用。在其它实施方式中，少模光纤在这样的通信链路中结合单模光纤而被使用。在本公开中，描述并示出了特定的实施方式。注意到，这些实施方式仅仅是例子且可能存在许多其它的变化形式。本公开的范围意指包括所有这样的变化形式。对于长距离光通信系统中较高带宽的要求以比技术发展更快的速率在提升。通过降低光纤损耗或提高光信噪比，降低信道间隔，增加低损耗窗口以适于更多的波分复用(WDM)信道，或通过使用更高阶的调制方式来更好地利用现有的窗口，可增加光纤容量。每种这样的选择都面对一些技术问题，且共同的根本限制是光纤的非线性。因此，很清楚，降 低非线性将能够在几个方面增加光纤容量，这取决于哪些方法在技术上更可行。如以上所述，多模光纤未呈现与单模光纤同样程度的非线性问题。虽然对于长距离通信使用多模光纤已经在过去被考虑和提出，但是，由于多模光纤受到由不同空间模式之间的大的群时延所导致的模式色散的困扰，其被放弃。众所周知，多模光纤具有非常大的纤芯面积和非常大的数值孔径。因此，多模光纤通常支持数百个空间模式。为了解决模式色散问题，已经设计了渐变折射率多模光纤，使得模式具有类似的传播性质。遗憾的是，这样的光纤设计增强了模式耦合。因此，即使在多模光纤的单个模式被激励以传输数据(例如，“单模操作”)时，模式耦合仍能够发生。在其它模式耦合回到最初激励的模式时，模式色散发生。鉴于以上事实，能够认识到，虽然多模光纤解决了与单模光纤有关的非线性问题，但是模式耦合问题作为长距离通信场合中的障碍依然存在。然而，如果模式耦合能够被降低或消除，则能够获得有利的结果。事实上，如果模式耦合被消除，则甚至不再需要模式色散补偿。降低模式耦合的一种途径是保证光纤媒介的支持模式具有尽可能不同的传播特性，特别是传播常数，因为在两种模式的传播常数之间的不同增加时，这些模式之间的耦合显著地下降。增加不同模式之间折射率差异的一种途径是降低光纤所支持的模式的数量。因此，支持多个模式但远少于当今所使用的多模光纤的模式的光纤，即，“少模”光纤，被提出用作光通信系统例如长距离通信链路中的传输光纤。当光纤媒介支持较少模式时模式耦合会下降有几个原因。第一，如果支持少量模式，则给定模式耦合到另一个模式的可能性较小。第二，如果光纤支持较多模式，则在模式传播常数方面，很可能给定模式会具有对其来说密集的很多相邻模式，这就使该模式容易地耦合到相邻模式。第三，支持多个模式的光纤通常具有高数值孔径(NA)。高数值孔径更可能导致模式耦合，因为这些光纤在分割纤芯和包层的边界上通常具有较高的不规则性，这是由于为了获得高NA，光纤在其纤芯和包层之间通常具有高折射率差异。在折射率中的这种高度差异通常通过对用于包层或纤芯的玻璃大量掺杂而获得。在使用高浓度掺杂时，获得完美的边界更加困难。因为少模光纤能够避免与非线性和模耦合这二者相关的问题，所以少模光纤提供了在单模光纤与多模光纤之间良好的折中。在一些实施方式中，少模光纤能够用于单模工作，其中所有的数据通过仅一个空间模式(例如基模)来传播。如此处所使用的，术语“少模光学纤维”或“少模光纤”被用于描述一种光纤，其支持多于一个空间模式但支持少于通常被称为“多模光纤”的空间模式，所述多模光纤通常支持一百或几百个模。在一些实施方式中，少模光纤支持大约2至50个空间模式。因为模耦合倾向于随着所支持的模的数量的增加而增大，所以一些优选的少模光纤可支持仅2至10个空间模式或2至5个空间模式。在一些情况下，少模光纤支持少于5个的空间模式，例如2个、3个、或4个空间模式。在一些情况下，给定的少模光纤所支持的模的数量可依赖于其中使用了该光纤的传输系统中所用的光学的和/或电子的色散补偿技术。阶梯折射率光纤的对光纤的空间模式的数量，N,能够被数学定义为 N=2n (n+1),方程 I其中n=V/3i并且V为光纤的归一化频率参数，其被给定为V=2 JiaNA/λ，其中a是纤芯半径，NA是数值孔径(此处NA=(n纟纟是纤芯的折射率，并且Iiiis是包层的折射率)，并且λ是工作波长。对于少模光纤而言，V小于常规的多模光纤,例如V〈20、V〈10或V〈5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.27 US 61/298,7281.一种光通信系统，包括 少模光纤，其支持至少2个空间模式但不多于50个空间模式。2.如权利要求I所述的系统，其中所述少模光纤支持2到10个空间模式。3.如权利要求I所述的系统，其中所述少模光纤支持2到5个空间模式。4.如权利要求I所述的系统，其中所述少模光纤支持2、3或4个空间模式。·5.如权利要求I所述的系统，其中所述少模光纤具有直径在ΙΟμπι到60μ m之间的纤芯。6.如权利要求I所述的系统，还包括光发射器。7.如权利要求6所述的系统，还包括光接收器。8.如权利要求7所述的系统，还包括光放大器。9.ー种长距离通信链路，包括 光发射器，其发射光信号； 光接收器，其接收光信号；以及 光纤的多个跨段，其在所述发射器和所述接收器之间延伸，每个跨段包括支持至少2个空间模式但不多于50个空间模式的一段少模光纤。10.如权利要求9所述的链路，其中所述少模光纤支持2到10个空间模式。11.如权利要求9所述的链路，其中所述少模光纤支持2到5个空间模式。12.如权利要求9所述的链路，其中所述少模光纤支持2、3或4个空间模式。13.如权利要求9所述的链路,其中所述少模光纤具有直径在10μ m到60 μ m之间的纤芯。14.如权利要求9所述的链路，还包括模式分布特征调节器，该模式分布特征调节器调整所述少模光纤的激励模式内的信号的分布特征，以提供在所激励的模式和所述链路的光组件之间的低损耗耦合。15.如权利要求9所述的链路，其中每个跨段还包括模式转换器，该模式转换器将由所述少模光纤的高阶模式承载的信号转换为由所述链路的光组件支持的信号。16.如权利要求9所述的链路，其中每个跨段还包括一段单模光纤，该段单模光纤光学连接到所述一段少模光纤，所述单模光纤在所述少模光纤的下游。17.如权利要求9所述的链路，其中每个跨段还包括两段少模光纤，其中第一段少...

【专利技术属性】
技术研发人员：李桂芳，法提赫·亚曼，谢晓波，朱立凯，白宁，夏岑，
申请(专利权)人：中弗罗里达州大学研究基金会，
类型：
国别省市：