多芯少模光纤的制作方法

1.本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种多芯少模光纤。


背景技术：

2.随着5g的商用和未来向6g的演进，光纤通信带宽需求将持续增长。然而，传统的普通单芯单模光纤可支持的容量已经趋近香农极限，持续提升已遇到瓶颈。而现有的空分复用(space-division multiplexing，sdm)技术被广泛认为是下一代光纤通信系统方向，主要分为芯分复用，模分复用以及二者的结合即多芯少模。其中弱耦合多芯少模光纤具有单纤空间信道密度高、差分模式色散系数低、接收端多路输入多路输出(multiple input multiple output，mimo)解调复杂度低的优势，是空分复用技术演进的重要方向。
3.但是若运营商对传统单芯单模光纤进行设备换代、割接并新建全新的光纤空分复用网络，可能面临巨大的投资资金周转困难。而目前广泛部署的单芯单模光纤向弱耦合多芯少模光纤的演进又会导致新旧光纤对接的兼容问题。
4.上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供了一种多芯少模光纤，旨在解决现有的单芯单模光纤向弱耦合多芯少模光纤的演进会导致新旧光纤对接的兼容性的技术问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种多芯少模光纤，所述多芯少模光纤包括：
7.包层、中心纤芯和多个非中心纤芯；
8.所述包层覆盖于所述中心纤芯和各非中心纤芯的表面，所述中心纤芯设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯以等间距均匀分布在所述中心纤芯周围，各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等；
9.所述中心纤芯，支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤；
10.所述非中心纤芯，支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。
11.可选地，所述包层包括：外包层和环形沟槽层；
12.所述环形沟槽层分别包围所述中心纤芯和各非中心纤芯，所述外包层覆盖于所述环形沟槽层的表面；
13.所述环形沟槽层的折射率为低折射率，用于束缚光的模场范围，以抑制纤芯之间的串扰。
14.可选地，所述环形沟槽层的折射率与所述外包层的折射率之间的折射率差小于或等于0.01。
15.可选地，所述非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于所述中心纤芯的有效折射率。
16.可选地，各非中心纤芯传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001。
17.可选地，所述包层的直径为125um，所述中心纤芯的直径为9um。
18.可选地，在所述非中心纤芯的数量为四个时，所述非中心纤芯的直径为10um至10.2um之间，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um至35um之间，各非中心纤芯以正方形的四个顶点排布。
19.可选地，在所述非中心纤芯的数量为五个时，所述非中心纤芯的直径为10um，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um，各非中心纤芯以圆形等间距排布。
20.可选地，所述环形沟槽层的材料为掺杂五氧化二硼或氟中至少一种的二氧化硅。
21.可选地，所述非中心纤芯的材料为掺杂二氧化锗、二氧化钛或五氧化二磷中至少一种的二氧化硅，所述包层的材料为二氧化硅。
22.本发明提出了一种多芯少模光纤，多芯少模光纤包括：包层、中心纤芯和多个非中心纤芯；所述包层覆盖于所述中心纤芯和各非中心纤芯的表面，所述中心纤芯设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯以等间距均匀分布在所述中心纤芯周围，各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等；所述中心纤芯，支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤；所述非中心纤芯，支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。本发明通过中心纤芯可以与现有的单芯单模光纤兼容，多个非中心纤芯也可以与升级后的空分复用光纤熔接使用，避免了因空分复用光纤部署带来的兼容性问题，同时能够支持从单芯单模光纤平滑升级到多芯少模光纤的使用。
附图说明
23.图1为本发明多芯少模光纤第一实施例的截面示意图；
24.图2为本发明多芯少模光纤第一实施例中环形沟槽层的截面示意图；
25.图3为本发明多芯少模光纤第二实施例的四个非中心纤芯以正方形的四个顶点排布的截面示意图；
26.图4为本发明多芯少模光纤第二实施例中的五个非中心纤芯以圆形等间距排布的截面示意图。
27.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
28.应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
29.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、靠近、远离
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
31.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可
以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当人认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
32.本发明实施例提供了一种多芯少模光纤，参照图1，图1为本发明多芯少模光纤第一实施例的截面示意图；
33.基于图1，提出本发明多芯少模光纤的第一实施例。
34.本实施例中，所述多芯少模光纤包括：包层10、中心纤芯20和多个非中心纤芯30；
35.所述包层10覆盖于所述中心纤芯20和各非中心纤芯30的表面，所述中心纤芯20设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯30以等间距均匀分布在所述中心纤芯20周围，各非中心纤芯30与所述中心纤芯20之间的间距相等；
36.所述中心纤芯20，支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤；
37.所述非中心纤芯30，支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。
38.需要说明的是，如图1所示，多个非中心纤芯以四个数量表示，并不限定为四个。
39.应理解的是，包层是用于对多个纤芯进行隔离和保护的层体。多芯少模光纤的包层可以有不同的设计，以适应不同的应用需求和制造技术，例如同轴结构，独立包层结构、共享包层结构等，本实施例对此不加以限制。
40.可理解的是，中心纤芯支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤。传统的单芯单模光纤的纤芯在光纤中心，中心纤芯设置在光纤纤体的正中心以及设置为单模可以和传统的单芯单模光纤熔接使用，与现网中的单芯单模光纤兼容，也可以与网络升级后的多芯少模光纤熔接使用。避免因空分复用光纤部署带来多次的设备替代、割接以及潜在引入的兼容性问题；使得多芯光纤支持从单模光纤平滑升级到多芯少模光纤，从而保护客户光纤和老网设备的投资。
41.需要说明的是，非中心纤芯支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。非中心纤芯考虑光纤容量的扩展需求，采用少模非中心纤芯可以支持更多的光纤模式，从而可支撑更大的传输容量。
42.应理解的是，各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等，可以使所有非中心纤芯有差不多的性能。同时为了降低非中心纤芯和中心纤芯的串扰，即实现弱耦合，需要非中心纤芯和中心纤芯相互之间保证尽可能大的间距。
43.进一步地，考虑到中心纤芯和多个非中心纤芯之间的串扰问题，参考图2，图2为本发明多芯少模光纤第一实施例中环形沟槽层的截面示意图。在本实施例中，所述包层包括：外包层11和环形沟槽层12；
44.所述环形沟槽层12分别包围所述中心纤芯和各非中心纤芯，所述外包层11覆盖于所述环形沟槽层12的表面；
45.所述环形沟槽层12的折射率为低折射率，用于束缚光的模场范围，以抑制纤芯之间的串扰。
46.需要说明的是，外包层是用于对多个纤芯进行隔离和保护的层体。外包层与上述包层一致，可以有不同的设计，以适应不同的应用需求和制造技术，例如同轴结构，独立包层结构、共享包层结构等，本实施例对此不加以限制。
47.应理解的是，环形沟槽层是包围中心纤芯和各非中心纤芯的层体。为了使中心纤
芯与任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰或弱串扰，可以在中心纤芯与非中心纤芯外层采用较低折射率的环形沟槽层，该沟槽层可以限制纤芯中模场的大小。同时使中心纤芯与任一非中心纤芯之间距离够大，进一步降低中心纤芯与任意一非中心纤芯之间、任一非中心纤芯之间传输的能量串扰。使得本实施例多芯少模光纤支持从单芯单模光纤平滑升级到多芯少模光纤，从而保护客户光纤和老网设备的投资。
48.应理解的是，为了使纤芯之间无耦合，可使用环形沟槽层的低折射率限制模场范围，更小的模场大小使串扰也相应减小。其中，其中，耦合是指两个或更多个空间信道在传输的光信号时，产生的电场之间相互串扰；无耦合是指光信号在两个或更多个空间信道传输一定距离后产生的空间信道之间的电场串扰低于-50db。
49.进一步地，还可以通过设置中心纤芯和多个非中心纤芯之间的折射率不同，实现中心纤芯和任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰。其原理是：由于纤芯之间的折射率不同，不同纤芯的单模有效折射率不同，串扰不能以相干的方式积累，因此可以实现低串扰或无串扰。
50.进一步地，所述环形沟槽层的折射率与所述外包层的折射率之间的折射率差小于或等于0.01。
51.需要说明的是，低折射率的环形沟槽层可以有效束缚光的模场范围，抑制纤芯之间的串扰。
52.进一步地，所述非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于所述中心纤芯的有效折射率。
53.需要说明的是，在多芯少模光纤中，非中心纤芯为少模纤芯，即支持多个光纤模式，芯道之间的干涉效应可以引起高阶模式的产生。高阶模式是光信号在光纤中传播时，除了基本模式(基模)之外，还存在的额外模式。这些额外模式具有更高的传输损耗和更复杂的耦合特性。有效折射率(effective refractive index)是指光在介质中传播时所体现的等效折射率，可以用来描述光的传播行为和模式特性，有效折射率大小决定了模式传输速度。而高阶模式的存在对光信号的传输和处理产生影响，可能导致信号失真和损耗增加，为避免此情况，非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于所述中心纤芯的有效折射率。
54.进一步地，各非中心纤芯传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001。
55.需要说明的是，线偏振模式(linearly polarized mode)是光信号在光纤或光学系统中传播时的一种特定的偏振状态，在线偏振模式下，光波的电场振动沿着特定的方向进行。各非中心纤芯传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001是为了使非中心纤芯的各个线偏振模式实现弱耦合。
56.本实施例提出了一种多芯少模光纤，包括：包层、中心纤芯和多个非中心纤芯；所述包层覆盖于所述中心纤芯和各非中心纤芯的表面，所述中心纤芯设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯以等间距均匀分布在所述中心纤芯周围，各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等。进一步地，所述包层包括：外包层和环形沟槽层；所述环形沟槽层分别包围所述中心纤芯和各非中心纤芯，所述外包层覆盖于所述环形沟槽层的表面。本实施例为了使中心纤芯与任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰或弱串扰，在中心纤芯与非中心纤芯外层采用较低折射率的环形沟槽层，该沟槽层可以限制纤芯中模场的大小；并且各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等，可以使所有非中心纤芯有差不多的性能。同时非
中心纤芯考虑光纤容量的扩展需求，采用少模非中心纤芯可以支持更多的光纤模式，从而可支撑更大的传输容量。从而可以避免因空分复用光纤部署带来多次的设备替代、割接以及潜在引入的兼容性问题；使得多芯光纤支持从单模光纤平滑升级到多芯少模光纤，进而保护客户光纤和老网设备的投资。
57.基于上述第一实施例，提出本发明多芯少模光纤的第二实施例。
58.考虑到不同数量的非中心纤芯带来的串扰影响，在本实施例中，参照图3，图3为本发明多芯少模光纤第二实施例的四个非中心纤芯以正方形的四个顶点排布的截面示意图。
59.在所述非中心纤芯的数量为四个时，所述非中心纤芯的直径为10um至10.2um之间，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um至35um之间，各非中心纤芯以正方形的四个顶点排布。
60.需要说明的是，如图所示，core0为中心纤芯，core1至core4为四个非中心纤芯。
61.应理解的是，根据耦合特性的需要，四个非中心纤芯可以排列在中心纤芯的周围，如图3所示，四个非中心纤芯的圆心位于正方形顶点上进行排布，使得中心纤芯与四个非中心纤芯不会产生显著串扰。
62.进一步地，为了满足耦合特性的需要，还可以对四个非中心纤芯的折射率进行设定，通过微调折射率等方式，使得中心纤芯与非中心纤芯之间不会产生显著串扰的问题。例如，可以使四个非中心纤芯采用两组折射率，使相邻非中心纤芯折射率不同，对角非中心纤芯折射率相同，从而使四个非中心纤芯与中心纤芯具有不同的折射率来抑制非中心纤芯与中心纤芯的串扰。
63.进一步地，考虑到多芯少模光纤与现有光纤规格兼容，所述包层的直径为125um，所述中心纤芯的直径为9um。
64.为便于理解，在非中心纤芯的数量为四个非中心纤芯时，上述多芯少模光纤规格为：该多芯少模光纤包层直径125um；该多芯少模光纤包括中心纤芯以及4个非中心纤芯；中心纤芯直径9um，设置在光纤的中心位置，满足标准单模光纤光学参数；4个非中心纤芯直径10um到10.2um，非中心纤芯的圆心到包层距离28到35um；4个非中心纤芯为少模纤芯，少模纤芯中传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001；中心纤芯和4个非中心纤芯均具有环形沟槽层，且环形沟槽层折射率比包层折射率差不超过0.01。4个非中心纤芯，每个非中心纤芯与所述中心纤芯之间的距离相等，四个非中心纤芯位于正方形的四个顶点，所述中心纤芯与任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰或弱串扰。4个非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于中心纤芯的有效折射率。
65.进一步地，考虑到非中心纤芯的数量变化带来的串扰问题，参考图4，图4为本发明多芯少模光纤第二实施例中的五个非中心纤芯以圆形等间距排布的截面示意图。在本实施例中，在所述非中心纤芯的数量为五个时，所述非中心纤芯的直径为10um，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um，各非中心纤芯以圆形等间距排布。
66.需要强调的是，根据耦合特性的需要，五个非中心纤芯可以排列在中心纤芯的周围，如图4所示，五个非中心纤芯的圆心位于圆边等间距排布，使得中心纤芯与五个非中心纤芯不会产生显著串扰。增加了一个非中心纤芯，即增加一个少模纤芯，整根光纤可以支持总模式数更多，可以传输更多的信息，实现更高的通信容量。
67.为便于理解，在非中心纤芯的数量为五个非中心纤芯时，上述多芯少模光纤规格
为：该多芯少模光纤包层直径125um；该多芯少模光纤包括中心纤芯以及5个非中心纤芯；中心纤芯直径9um，设置在所述多芯光纤的中心位置，满足标准单模光纤光学参数。5个非中心纤芯直径10um，非中心纤芯的圆心到包层距离28um；5个非中心纤芯为少模纤芯，少模纤芯中传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001。中心纤芯和5个非中心纤芯均具有环形沟槽层，且环形沟槽层折射率比包层折射率差不超过0.01。5个非中心纤芯，每个非中心纤芯与所述中心纤芯之间的距离相等，五个非中心纤芯等间距排列在一个圆上，所述中心纤芯与任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰或弱串扰。5个非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于中心纤芯的有效折射率。
68.进一步地，在本实施例中，所述非中心纤芯的材料为掺杂二氧化锗、二氧化钛或五氧化二磷中至少一种的二氧化硅，所述包层的材料为二氧化硅。
69.进一步地，在本实施例中，所述环形沟槽层的材料为掺杂五氧化二硼或氟中至少一种的二氧化硅。
70.应理解的是，通过掺杂了五氧化二硼或氟中至少一种的二氧化硅可以形成低折射率的环形沟槽层，限制了模场范围，更小的模场大小使串扰也相应减小。
71.本实施例根据耦合特性的需要，为了使中心纤芯与任一非中心纤芯之间传输的能量无串扰或弱串扰，在中心纤芯与非中心纤芯外层采用较低折射率的环形沟槽层，该沟槽层可以限制纤芯中模场的大小；并且各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等，可以使所有非中心纤芯有差不多的性能。同时非中心纤芯考虑光纤容量的扩展需求，采用少模非中心纤芯可以支持更多的光纤模式，从而可支撑更大的传输容量。通过对四个或五个非中心纤芯可以进行合理排列在中心纤芯的周围，在增加少模纤芯时，整根光纤可以支持总模式数更多，可以传输更多的信息，实现更高的通信容量。从而可以避免因空分复用光纤部署带来多次的设备替代、割接以及潜在引入的兼容性问题；使得多芯光纤支持从单模光纤平滑升级到多芯少模光纤，进而保护客户光纤和老网设备的投资。
72.上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
73.以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种多芯少模光纤，其特征在于，所述多芯少模光纤包括：包层、中心纤芯和多个非中心纤芯；所述包层覆盖于所述中心纤芯和各非中心纤芯的表面，所述中心纤芯设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯以等间距均匀分布在所述中心纤芯周围，各非中心纤芯与所述中心纤芯之间的间距相等；所述中心纤芯，支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤；所述非中心纤芯，支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。2.如权利要求1所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述包层包括：外包层和环形沟槽层；所述环形沟槽层分别包围所述中心纤芯和各非中心纤芯，所述外包层覆盖于所述环形沟槽层的表面；所述环形沟槽层的折射率为低折射率，用于束缚光的模场范围，以抑制纤芯之间的串扰。3.如权利要求2所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述环形沟槽层的折射率与所述外包层的折射率之间的折射率差小于或等于0.01。4.如权利要求1所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述非中心纤芯的高阶模式的有效折射率大于所述中心纤芯的有效折射率。5.如权利要求4所述的多芯少模光纤，其特征在于，各非中心纤芯传输的线偏振模式之间的有效折射率差大于0.001。6.如权利要求1所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述包层的直径为125um，所述中心纤芯的直径为9um。7.如权利要求6所述的多芯少模光纤，其特征在于，在所述非中心纤芯的数量为四个时，所述非中心纤芯的直径为10um至10.2um之间，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um至35um之间，各非中心纤芯以正方形的四个顶点排布。8.如权利要求6所述的多芯少模光纤，其特征在于，在所述非中心纤芯的数量为五个时，所述非中心纤芯的直径为10um，各非中心纤芯的圆心到所述包层的表面的距离为28um，各非中心纤芯以圆形等间距排布。9.如权利要求2至3中任一项所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述环形沟槽层的材料为掺杂五氧化二硼或氟中至少一种的二氧化硅。10.如权利要求1至8中任一项所述的多芯少模光纤，其特征在于，所述非中心纤芯的材料为掺杂二氧化锗、二氧化钛或五氧化二磷中至少一种的二氧化硅，所述包层的材料为二氧化硅。

技术总结
本发明涉及光纤通信技术领域，公开了一种多芯少模光纤，该多芯少模光纤包括：包层、中心纤芯和多个非中心纤芯；包层覆盖于中心纤芯和各非中心纤芯的表面，中心纤芯设置于光纤纤体的正中心，各非中心纤芯以等间距均匀分布在中心纤芯周围，各非中心纤芯与中心纤芯之间的间距相等；中心纤芯支持标准单模光纤光学参数，用于兼容单芯单模光纤；非中心纤芯支持多个模式光纤光学参数，用于扩展通信容量。本发明通过中心纤芯可以与现有的单芯单模光纤兼容，多个非中心纤芯也可以与升级后的空分复用光纤熔接使用，避免了因空分复用光纤部署带来的兼容性问题，同时能够支持从单芯单模光纤平滑升级到多芯少模光纤的使用。级到多芯少模光纤的使用。级到多芯少模光纤的使用。


技术研发人员：李雪阳 靳永超 杨宇 成琛 杨彦甫 胡卫生
受保护的技术使用者：鹏城实验室
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/13