耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统专利检索-信号处理信号处理专利检索查询-专利查询网

耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统

阅读：32发布：2024-01-05

专利汇可以提供耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实施例涉及一种CC-MCF，该CC-MCF即使在弯曲或扭曲较少的情况下也能产生足够的模耦合。该CC-MCF设置有芯部直接或间接连接的两个光纤部，光纤部具有多个芯部，多个芯部包括彼此之间的模耦合系数为1(1/m)以上的一组相邻芯部。每个光纤部设置有包括光纤端面的过渡区段以及与过渡区段相邻的定常区段。定常区段是每个芯部的MFD沿光纤长度方向基本恒定不变的区段，并且过渡区段是每个芯部的MFD从定常区段到光纤端面连续扩大的区段。，下面是耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种耦合型多芯光纤，包括：
第一光纤部和第二光纤部，所述第一光纤部和所述第二光纤部中的每一个具有：
多个芯部，其沿中心轴线延伸；
单包层，其包围所述多个芯部；
涂层，其包围所述单包层；以及
连接端面，在所述连接端面处布置有所述多个芯部的各个第一端面，
其中，
所述第一光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面与所述第二光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面直接或间接地相互连接，
在所述第一光纤部和所述第二光纤部中的每一个中，所述多个芯部中的一对相邻芯部具有1[1/m]以上的模耦合系数，
所述第一光纤部和所述第二光纤部均具有包括所述连接端面的过渡区段，以及布置为沿所述中心轴线与所述过渡区段相邻的定常区段，
所述定常区段中的所述多个芯部的各自的模场直径沿所述中心轴线基本恒定不变，并且
所述过渡区段中的所述多个芯部的各自的模场直径从所述定常区段到所述连接端面连续扩大。
2.根据权利要求1所述的耦合型多芯光纤，其中，
在所述第一光纤部和所述第二光纤部中的至少一个中，所述过渡区段的长度为所述单包层的外径的三倍以上，并且所述过渡区段中的所述多个芯部的所述连接端面处的各个模场直径为所述定常区段中的所述多个芯部的各个模场直径的1.5倍以上。
3.根据权利要求1或2所述的耦合多芯光纤，还包括第三光纤部，所述第三光纤部具有：
第一光纤端面；
第二光纤端面，其与所述第一光纤端面相反；
多个芯部，其从所述第一光纤端面延伸到所述第二光纤端面；
单包层，其围绕所述多个芯部；以及
涂层，其围绕所述单包层，
其中，
所述多个芯部具有布置在所述第一光纤端面上的各个第一端面以及布置在所述第二光纤端面上的各个第二端面，
在所述第三光纤部中，所述多个芯部中的一对相邻芯部具有1[1/m]以上的模耦合系数，
所述第三光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面与所述第一光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面直接相互连接，
所述第三光纤部中的所述多个芯部的所述第二端面与所述第二光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面直接相互连接，并且
所述第三光纤部中的所述多个芯部的各个模场直径基本等于所述第一光纤部中的所述多个芯部的所述连接端面处的各个模场直径以及所述第二光纤部中的所述多个芯部的所述连接端面处的各个模场直径。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的耦合型多芯光纤，其中，
在所述第一光纤部、所述第二光纤部和所述第三光纤部中的每一个中，所述多个芯部中的每一个由石英玻璃构成，所述单包层由掺杂有氟的石英玻璃构成，并且所述涂层由紫外光可固化树脂构成，并且
所述第一光纤部和所述第二光纤部中的每一个中的所述过渡区段的氟分布沿所述中心轴线变化。
5.根据权利要求4所述的耦合型多芯光纤，还包括由紫外光可固化树脂构成的重涂涂层，所述重涂涂层布置在所述第一光纤部和所述第二光纤部中的每一个的边缘区段上，所述边缘区段包括过渡区段以及所述定常区段的与所述过渡区段相邻的部分，所述边缘区段具有所述涂层被去除的部分，所述边缘区段具有200kgf以上的断裂强度。
6.一种光传输系统，包括：
光发射器，其构造为输出已调制的光信号；
光接收器，其构造为接收所述光信号；以及
根据权利要求1至5中任一项所述的耦合型多芯光纤，所述耦合型多芯光纤与所述光发射器和所述光接收器光耦合，
其中，
所述耦合型多芯光纤传输所述光信号并且同时给予所述光信号模耦合，并且所述光接收器对经过所述模耦合的所述光信号实施相干检测，并且利用MIMO 信号处理恢复所述模耦合之前的所述光信号。

说明书全文

耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种耦合型多芯光纤以及包括该耦合型多芯光纤的光传输系统。

背景技术

[0002] 专利文献1和2分别披露了关于耦合型多芯光纤的技术。

[0003] 引用列表

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：U.S.专利申请公开No.2004/0114886

[0006] 非专利文献

[0007] 非专利文献1：Tetsuya Hayashi等人，"Coupled-Core Multi-Core Fibers:High-Spatial-Density Optical Transmission Fibers with Low Differential Modal Properties，"Proc.ECOC 2015，We.1.4.1(2015)

[0008] 非专利文献2：Masanori Koshiba等人，"Multi-core fiber design and analysis:coupled-mode theory and coupled-power theory，"Optics Express Vol.19，No.26，pp.B102-B111(2011)。

发明内容

[0009] 技术问题

[0010] 作为检查常规耦合型多芯光纤的结果，发明人发现了以下问题。即，包括设置在一根光纤中的多个芯部的多芯光纤(下文中，称为“多芯光纤(MCF)”)被期望作为提高信息传输容量的空间密度以提高诸如地下管路或海底线缆等有限通信信道的截面积的利用效率的技术。具体地说，在多个芯部之间执行引导模耦合的耦合型多芯光纤(在下文中，称为芯部耦合型多芯光纤(CC-MCF))由于芯部之间的距离小而可以进一步提高信息传输容量的空间密度。

[0011] 对于CC-MCF，需要多输入多输出(MIMO)信号处理技术，以便区分通过耦合的芯部传播的多个引导模中的信号。随着模间差模延迟(DMD)的增加，MIMO 信号处理的计算复杂度增加，但适当设置芯间耦合强度可以抑制DMD的增加。即，如果适当设定芯间耦合强度，则可以减小模之间的群速度的差异。此外，如果在实际使用中由光纤中发生的弯曲或扭曲产生的模耦合使DMD的累积随机化，则DMD的累积速度可能从与光纤长度的一次幂(power)成比例的值减小到与光纤长度的二分之一次幂成比例的值。这种MCF被称为模耦合芯部耦合型多芯光纤(下文中，称为“CM-CC-MCF”)(例如，参见非专利文献1)。CM-CC-MCF通常具有1[1/m]以上的芯间模耦合系数或10[1/km]以上的芯间功率耦合系数。

[0012] 然而，为了将CC-MCF应用于CM-CC-MCF，必须的是在实际使用中产生足够的弯曲或扭曲促进模耦合。使用弯曲或扭曲较少的CC-MCF会导致模耦合不足，并且由此存在DMD增加的问题。

[0013] 本发明是为了解决上述问题而作出的，并且本发明的目的在于提供一种CC-MCF，该CC-MCF即使在CC-MCF在弯曲或扭曲较少的情况下使用时也能够产生足够的模耦合。

[0014] 问题的解决方案

[0015] 为了解决上述问题，根据本实施例的耦合型多芯光纤(CC-MCF)包括第一光纤部和第二光纤部，所述第一光纤部和所述第二光纤部中的每一个具有：多个芯部，其沿中心轴线延伸；单包层，其包围所述多个芯部；涂层，其包围所述单包层；以及连接端面，在所述连接端面处布置有所述多个芯部的各个第一端面。所述第一光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面与所述第二光纤部中的所述多个芯部的所述第一端面直接或间接地相互连接。具体地说，由于所述第一光纤部和所述第二光纤部均包括耦合型多芯光纤，因此第一光纤部被称为第一CC-MCF并且第二光纤部被称为第二CC-MCF。在第一和第二CC-MCF中的每一个中，所述多个芯部中的一对相邻芯部具有1[1/m]以上的模耦合系数。此外，第一和第二CC-MCF均具有：包括所述连接端面的过渡区段，以及布置为沿所述中心轴线与所述过渡区段相邻的定常区段。应该注意到，所述定常区段的所述多个芯部的各自的模场直径(在下文中，称为“MFD”)沿所述中心轴线基本恒定不变，并且所述过渡区段的所述多个芯部的各个MFD从所述定常区段到所述连接端面连续扩大。

[0016] 本发明的有益效果

[0017] 根据本实施例的CC-MCF即使在CC-MCF在弯曲或扭曲较少的情况下使用时也能够产生足够的模耦合。附图说明

[0018] 图1是沿根据第一实施例的CC-MCF的中心轴线的剖面结构的示意图。

[0019] 图2是沿图1的线I-I和线II-II截取的剖视图，这些剖视图是第一CC-MCF和第二CC-MCF的各种示例性剖面结构。

[0020] 图3是沿根据第二实施例的CC-MCF的中心轴线的剖面结构的示意图。

[0021] 图4是沿图3的线III-III截取的示出根据第二实施例的第三CC-MCF的示例性剖面结构的剖视图。

[0022] 图5是根据第三实施例的光传输系统的构造的示意图。

[0023] 图6是根据比较例的CC-MCF的剖面结构的示意图。

具体实施方式

[0024] [本发明的实施例的描述]

[0025] 首先，下文将单独地描述本发明的实施例的说明。

[0026] (1)作为一个方面，根据本实施例的耦合型多芯光纤(CC-MCF)包括第一和第二CC-MCF(第一和第二光纤部)，第一CC-MCF和第二CC-MCF中的每一个具有：多个芯部，其沿中心轴线延伸；单包层，其包围多个芯部；涂层，其包围单包层；以及连接端面，在连接端面处布置有多个芯部的各个第一端面。第一CC-MCF中的多个芯部的第一端面与第二CC-MCF中的多个芯部的第一端面直接或间接地相互连接。在第一和第二CC-MCF中的每一个中，多个芯部中的一对相邻芯部具有1[1/m]以上的模耦合系数。此外，第一和第二CC-MCF均具有：包括连接端面的过渡区段，以及布置为沿中心轴线与过渡区段相邻的定常区段。应该注意到，定常区段的多个芯部的各个MFD沿中心轴线基本恒定不变，并且过渡区段的多个芯部的各个MFD从定常区段到连接端面连续扩大。

[0027] (2)在根据本实施例的CC-MCF中，第一和第二CC-MCF中的每一个具有包括连接端面的过渡区段。在过渡区段中，多个芯部的各个MFD连续变化，使得各个MFD从定常区段侧到连接端面扩大。因此，相邻芯部之间的模场重叠增加，使得模耦合系数从定常区段侧到连接端面连续增加。于是，模耦合系数的连续增加允许发生强模耦合。因此，根据本实施例的CC-MCF即使在CC-MCF在弯曲或扭曲较少的情况下使用时也可以产生足够的模耦合。结果，可以延迟DMD的累积以减小DMD。

[0028] (3)作为本实施例的一个方面，第一和第二CC-MCF中的至少一个中的过渡区段的长度优选为包层的外径的三倍以上。该布置可以抑制由于模失配导致的传输损耗增加。另外，过渡区段中的多个芯部的连接端面处的各个MFD优选为定常区段中的多个芯部的各个MFD的1.5倍以上。该布置可以产生足够强的模耦合。

[0029] (4)作为一个方面，根据本实施例的CC-MCF还可以包括布置在第一CC-MCF和第二CC-MCF之间的第三CC-MCF。第三CC-MCF具有：第一光纤端面；第二光纤端面，其与第一光纤端面相反；多个芯部，其从第一光纤端面延伸到第二光纤端面；单包层，其围绕多个芯部；以及涂层，其围绕单包层。多个芯部中的每一个具有：第一端面，其布置在第一光纤端面上；以及第二端面，其布置在第二光纤端面上。在第三CC-MCF中，多个芯部中的一对相邻芯部具有1[1/m]以上的模耦合系数。在包括第一至第三CC-MCF的构造中，第三CC-MCF中的多个芯部的第一端面与第一CC-MCF中的多个芯部的第一端面直接相互连接。第三CC-MCF中的多个芯部的第二端面与第二CC-MCF中的多个芯部的第一端面直接相互连接。此外，第三CC-MCF中的多个芯部的各个MFD优选地基本等于第一CC-MCF和第二CC-MCF中的每一个中的多个芯部的连接端面处的各个MFD。第一和第二CC-MCF中对应的芯部之间通过第三CC-MCF而一对一地光学连接可以抑制由于模失配导致的传输损耗增加。

[0030] (5)作为本实施例的一个方面，在第一CC-MCF至第三CC-MCF中的每一个中，多个芯部中的每一个由石英玻璃构成；单包层由掺杂有氟(F)的石英玻璃构成，并且涂层由紫外光可固化树脂构成。第一CC-MCF和第二CC-MCF中的每一个中的过渡区段的氟分布沿中心轴线变化。此外，作为本实施例的一个方面，第一CC-MCF和第二CC-MCF中的每一个的边缘区段可以设置有包括紫外光可固化树脂的重涂涂层以替代涂层。在这种情况下，CC-MCF优选地具有200kgf以上的断裂强度。应该注意到，边缘区段意思是包括过渡区段以及定常区段的与过渡区段相邻的部分的区段，该区段的涂层被去除。

[0031] (6)根据本实施例的光传输系统优选地包括：光发射器；光接收器；以及具有上述结构的CC-MCF(根据本实施例的CC-MCF)。光发射器输出已调制的光信号。光接收器接收从光发射器输出的光信号。根据本实施例的CC-MCF将光发射器和光接收器光耦合。具体地说，根据本实施例的CC-MCF传输光信号并且同时给予光信号模耦合。光接收器对经过模耦合的光信号实施相干检测，并且利用MIMO信号处理恢复模耦合之前的光信号。

[0032] (7)包括根据各个方面的CC-MCF的光传输系统即使在长距离传输中也能抑制DMD的累积，并且降低光接收器中的MIMO信号处理的计算复杂度。结果，减少了由于信号处理而导致的信号延迟和功耗。

[0033] “本发明的实施例的描述”的段落中描述的每个方面可以应用于其余全部方面中的每一者或其余方面的全部组合。

[0034] [本发明的实施例的细节]

[0035] 下面将参考附图对根据本实施例的CC-MCF和光传输系统的各个具体结构进行详细描述。应该注意到，本发明不限于这些示例，并且由此旨在本发明被表示在权利要求的范围内，并且包括与权利要求的范围等同的含义和范围内的所有改变。相同元件由附图描述中的相同附图标记表示，并且因此将省略对元件的重复描述。应该注意到，在以下描述中，由单个芯部限定的光学特性(每个芯部的光学特性)意味着在假设其他芯部不存在而考虑一个芯部的情况下发生的光学特征。

[0036] (第一实施例)

[0037] 图1是沿根据第一实施例的CC-MCF 1A的中心轴线的剖面结构的示意图。图2示出了与包括在CC-MCF 1A中的CC-MCF 10和20的中心轴线垂直的示例性剖面构造。如图1所示，根据本实施例的CC-MCF 1A包括：与第一光纤部对应的CC-MCF 10(第一CC-MCF)；以及与第二光纤部对应的CC-MCF 20(第二CC-MCF)。应该注意到，图2示出了沿图1的线I-I和线II-II截取的CC-MCF 10和20的各种示例性剖面结构。图1中所示的CC-MCF 10和20均具有类型A的剖面结构。

[0038] 应该注意到，CC-MCF 10具有：包括端面10a(连接端面)的过渡区段16；以及布置为沿中心轴线与过渡区段16相邻的定常区段15。CC-MCF 20具有：包括端面20a(连接端面)的过渡区段26；以及布置为沿中心轴线与过渡区段26相邻的定常区段25。定常区段15的芯部11和定常区段25的芯部21的各个MFD沿中心轴线基本恒定不变。过渡区段16的芯部11和过渡区段26的芯部21的各个MFD沿中心轴线变化。在以下描述中，对CC-MCF 10和20的各自结构的提及意味着在过渡区段16和26的形成之前的状态，即，定常区段15和25的结构。

[0039] 如图2的类型A所示，CC-MCF 10具有：多个芯部11，其围绕中心轴线C1(经过CC-MCF 10的截面的中央的线)布置；单包层12，其包围多个芯部11；以及涂层13，其包围单包层12。
类似地，CC-MCF 20具有：多个芯部21，其围绕中心轴线C1布置；单包层22，其围绕多个芯部
21；以及涂层23，其围绕单包层22。多个芯部11的布置与多个芯部21的布置彼此相同。图2所示的类型A具有由包层12(22)包围的六个芯部11(21)，六个芯部11(21)围绕中心轴线C1以等角间隔基本对称布置。包层12(22)和涂层13(23)以中心轴线C1为中心基本同心地布置。
应该注意到，芯部的数量和布置不限于上文的描述，并且由此，如图2的类型B至E所示，芯部的数量可以是四到七的任何数量，并且芯部11(21)可以设置在中心轴线C1上。具体地说，均具有在中心轴线C1上的芯部11(21)的类型C至E的布置优选地在于：在CC-MCF 10和20中的每一个中，使隔着中心轴线相对的芯部之间的模耦合增强；均匀性改善模间光学特性；并且上述MIMO处理更有效地起作用。

[0040] 芯部11、21和包层12、22由作为主要成分的掺杂有Ge或F的石英玻璃构成。具体地说，包层12和22优选地掺杂有范围从4000到小于20000ppm的F，更优选地从8000到小于16000ppm的F。F的扩散率快，并且具有很好的降低玻璃的折射率的效果。因此，光纤的加热和F的扩散能够使MFD有效地变化。应该注意到，芯部11和21以及包层12和22可以均含有在预制件制备期间在脱水过程中混合的氯(Cl)。芯部11和21和包层12和22可以均含有具有降低玻璃的粘度的效果的碱金属或碱土金属，诸如Na、K、Rb、Cs或Ca等。涂层13和23均包括紫外光可固化树脂。涂层13和23均可以包括多层。例如，包层12和22侧的各个层(内层)的杨氏模量低于外层(例如，各个最外层)的杨氏模量的构造，可以使来自作用在CC-MCF 10和20的外周上的随机外力、作用在玻璃部分(芯部11和21以及包层12和22)上并产生微弯曲的分量衰减。涂层13和23的各自最外层从外部观看时是有色的，使得可以容易地识别CC-MCF 10和
20。

[0041] 在CC-MCF 1A中的定常区段15和25(过渡区段16和26形成前的CC-MCF)中，芯部11和21均具有例如6至18μm的直径。该布置能够使芯部11和21中的每个中限定的基模在基模被限于适当强度的情况下传播。此外，通过光纤弯曲衰减更高阶模，可以防止更高阶模的传播，从而可以防止DMD的增加。包层12和22均具有例如124至126μm的外径。该布置有助于与广泛使用的光学连接器连接。涂层13和23均具有例如240至260μm的外径。该布置可以抑制由于在实际使用中发生的间歇性微弯曲而导致的损耗增加。

[0042] 相邻芯部之间的间隔(芯部间隔)优选地不小于芯部直径且不大于30μm。CC-MCF 10中的相邻芯部11之间的模耦合系数以及CC-MCF 20中的相邻芯部21之间的模耦合系数均为1[1/m]以上。作为选择，CC-MCF 10中的相邻芯部11之间的功率耦合系数以及CC-MCF 20中的相邻芯部21之间的功率耦合系数均为10[1/km]以上。这里，“芯部间隔”由将芯部的中心连接起来的线段的长度规定。相邻芯部表示这样一组芯部：将该组芯部中的芯部的中心连接起来的线段不与将任何其它组中的芯部的中心连接起来的线段交叉(除了该组的线段的两个端部之外，不与其它组的线段接触)。“模耦合系数”是当模传播单位长度时与不同模耦合的分量的复振幅的比率。更具体地说，如在非专利文献2中所述，“模耦合系数”被限定为模耦合方程中的系数。为了简化本说明书中的描述，相邻芯部中的基模之间的模耦合系数被称为芯部之间的模耦合系数。“功率耦合系数”是当模传播单位长度时与不同模耦合的分量的功率的比率。更具体地说，如在非专利文献2中所述，“功率耦合系数”被限定为功率耦合方程中的系数。为了简化本说明书中的描述，相邻芯部中的基模之间的功率耦合系数被称为芯部之间的功率耦合系数。此外，芯部11和21可以以中心轴线C1为中心沿中心轴线C1螺旋延伸。螺旋的周期例如为0.5(m)以下。该布置有效地产生模耦合，从而可以使DMD的累积速度降低至与光纤长度的二分之一次幂到十分之七次幂成比例的比率。

[0043] CC-MCF 10的端面10a和CC-MCF 20的端面20a在围绕中心轴线C1调节角度的情况下通过例如熔融而相互连接。该布置允许端面10a处的每个芯部11和端面20a处的每个芯部21相互直接连接。此时，从技术上讲，CC-MCF 10的芯部11的布置和CC-MCF 20的芯部21的布置通常彼此不一致。因此，两个CC-MCF 10和20优选地在围绕中心轴线调节角度的情况下连接，使得在一一对应的芯部之间的位置差异(芯部的中心之间的差异)的绝对值的平均值最小化。更优选地，位置差异的绝对值的平均值优选为2μm以下或1μm以下。应该注意到，为了熔融连接，从包括端面10a和20a的具有预定长度的区段去除涂层13和23。然而，在熔融连接之后，将包括紫外光可固化树脂的重涂涂层5形成在已去除涂层13和23的区段上，使得重涂涂层5覆盖熔融连接部分。此外，在本实施例中，包括熔融连接部分的区段优先地具有
200kgf以上的断裂强度。该布置能使根据本实施例的连接的CC-MCF 1A应用于光缆。为了确保断裂强度，CC-MCF 1A优选地经过在0.1秒以上的时间内施加200kgf以上的张力的筛选。

[0044] 图1示出了来自多个芯部11和多个芯部21的三个芯部11和三个芯部21。如图1所示，CC-MCF 10具有定常区段15和过渡区段16。包括端面10a的过渡区段16设置在定常区段15与端面10a之间。定常区段15包括从CC-MCF 10的整个区段将过渡区段16排除在外的其余区段。定常区段15的芯部11的各个MFD沿中心轴线C1基本恒定不变。

[0045] 过渡区段16的芯部11的各个MFD从具有与定常区段15中的芯部相同的尺寸的位置到端面10a连续扩大。MFD中的这种变化例如通过以下方式实现：芯部11的直径从具有与定常区段15中的芯部的直径相同的尺寸的位置到端面10a逐渐扩大。作为选择，MFD中的这种变化例如通过以下方式实现：芯部11的折射率从具有与定常区段15中的芯部的折射率相同等级的位置到端面10a逐渐降低。过渡区段16的长度例如是包层12的外径的三倍以上、十倍以上或30倍以上。芯部11的各个MFD从过渡区段16的定常区段15侧的端部到端面10a变化1.5倍以上(或两倍以上)。即，芯部11在端面10a处的各个MFD为芯部11在定常区段15中的各个MFD的1.5倍以上。过渡区段16的在相邻芯部11之间模场重叠随着芯部11的各个MFD的扩大而一起增加。该布置允许过渡区段16中的模耦合系数朝向端面10a连续增加。更优选地，无论芯部11的MFD如何变化，过渡区段16的包层直径基本恒定不变。该布置防止CC-MCF1A的断裂强度由于应力集中或截面积不足而降低，从而可以实现高的机械可靠性。

[0046] 类似地，CC-MCF 20具有定常区段25和过渡区段26。包括端面20a的过渡区段26设置在定常区段25与端面20a之间。定常区段25包括从CC-MCF 20的整个区段将过渡区段26排除在外的其余区段。定常区段25的芯部21的各个MFD沿中心轴线C1基本恒定不变。

[0047] 过渡区段26的芯部21的各个MFD从具有与定常区段25中的芯部相同的尺寸的位置到端面20a连续扩大。MFD中的这种变化例如通过以下方式实现：芯部21的直径从具有与定常区段25中的芯部的直径相同的尺寸的位置到端面20a逐渐扩大。作为选择，MFD中的这种变化例如通过以下方式实现：芯部21的折射率从具有与定常区段25中的芯部的折射率相同等级的位置到端面20a逐渐降低。过渡区段26的长度例如是包层22的外径的三倍以上、十倍以上或30倍以上。芯部21的各个MFD从过渡区段26的定常区段25侧的端部到端面20a变化1.5倍以上(或两倍以上)。即，芯部21在端面20a处的各个MFD为芯部21在定常区段25中的各个MFD的1.5倍以上。过渡区段26的在相邻芯部21之间模场重叠随着芯部21的各个MFD的扩大而一起增加。该布置允许模耦合系数朝向端面20a连续增加。

[0048] 应该注意到，对于使芯部11和21的各个直径随着接近端面10a和20a而逐渐扩大的方法，有效的是，例如，热扩散掺杂剂(诸如Ge或F等)的方法，其中利用诸如丙烷等可燃气体的火焰使光纤掺杂所述掺杂剂，以形成光纤的折射率分布。专利文献1中披露了这种方法以及实现该方法的装置。对于使芯部11和21的各个折射率随着接近端面10a和20a而逐渐减小的方法，可以有效地使用热扩散诸如Ge或F等掺杂剂的方法。更优选地，包层12和22所掺杂的F扩散到芯部11和21实现了芯部直径的变化和折射率的变化中的至少一者。通过使用扩散速率比Ge或其它元素更快的F的扩散，可以减少要施加的热量，从而可以提高CC-MCF 1A的生产率和安全性。

[0049] 接下来，将对根据上述本实施例的CC-MCF 1A所获得的效果进行描述。图6是根据比较例的CC-MCF 100的剖面结构的示意图。CC-MCF 100包括CC-MCF 110和120。CC-MCF 110具有多个芯部111。CC-MCF 120具有多个芯部121。

[0050] CC-MCF 100与根据本实施例的CC-MCF 1A不同之处在于CC-MCF 110和120均不具有过渡区段。即，CC-MCF 110的整个区段的芯部111的各个MFD沿中心轴线C1基本恒定不变。类似地，CC-MCF 120的整个区段的芯部121的各个MFD沿中心轴线C1基本恒定不变。应该注意到，除了该点之外，CC-MCF 100的构造与根据本实施例的CC-MCF 1A的构造类似。

[0051] 在具有上述结构的CC-MCF 100中，模M1至M3通过芯部111单独地传播。模M1至M3分别通过CC-MCF 110和CC-MCF 120之间的边界面入射在芯部121上，以通过芯部121传播。模M1至M3由于CC-MCF 110和120起初分别具有的扭曲或由于在实际使用中发生的弯曲或扭曲而相互耦合。即，模M1至M3之间发生模耦合Ma。该布置允许CC-MCF 100具有作为CM-CC-MCF的功能。此时，DMD的累积被随机化，从而可以减少DMD的累积速度。然而，对于CC-MCF 100，如果在实际使用中未发生足够的弯曲或扭曲，则不太可能获得足够的模耦合。

[0052] 与之不同的是，根据本实施例的CC-MCF 1A包括具有与端面10a和20a相邻的过渡区段16和26的CC-MCF 10和20。过渡区段16和26的芯部11和21的各个MFD随着接近端面10a和20a而连续扩大。该布置允许相邻芯部之间的模场重叠增加，使得到端面10a和20a中的每一个的模耦合系数连续增加。然后，模耦合系数的连续增加产生强模耦合Mb。因此，即使在根据本实施例的CC-MCF 1A在弯曲或扭曲较少的情况下使用时，CC-MCF 1A也产生足够的模耦合，从而可以实现CM-CC-MCF。该布置进一步延迟DMD的累积，从而可以更有效地减小DMD。此外，可以减少由于沿中心轴线C1的模失配导致的传输损耗。具体地说，由相邻芯部之间的模场重叠规定的串扰优选为对于一个过渡区段-40dB以上，更优选为-30dB以上。过渡区段优选地为每10至100km一次的频率存在。该布置允许在从1000至10000km的长距离传输中实现充分模耦合，使得模之间的光学特性的均匀性得到提高。

[0053] 如在本实施例中那样，CC-MCF 10和20的过渡区段16和26的长度可以是包层12和22的外径的三倍以上、十倍以上或30倍以上。该布置可以抑制由于模失配导致的传输损耗增加。各个芯部11和21中限定的模场直径在过渡区段16和26可以变化1.5倍以上，或两倍以上。该布置可以产生足够强的模耦合Mb。

[0054] 如上文所述，CC-MCF 10和20之间的熔融连接部分被重涂涂层5覆盖。包括柔性树脂的重涂涂层5的形成使过渡区段16和26能弯曲。通过增加弯曲而进一步使过渡区段16和26中的强模耦合Mb增强，从而进一步减小DMD。

[0055] (第二实施例)

[0056] 图3是沿根据本发明的第二实施例的CC-MCF 1B的中心轴线的剖面结构的示意图。图4与包括在CC-MCF 1B中的CC-MCF 30的中心轴线垂直的示例性剖面结构的视图。如图3所示，除了根据第一实施例的CC-MCF 10和20之外，根据第二实施例的CC-MCF 1B还包括与第三光纤部对应的CC-MCF 30(第三CC-MCF)。应该注意到，图4是沿图3的线III-III截取的CC-MCF 30的示例性剖面结构的视图，该示例性剖面结构对应于CC-MCF 10和20的各自的剖面结构(图2的类型A)。

[0057] 如图4所示，CC-MCF 30具有：多个芯部31；单包层32，其围绕多个芯部31；以及涂层33，其围绕单包层32。多个芯部31的布置与CC-MCF 10的多个芯部11的布置和CC-MCF 20的多个芯部21的布置相同。在图4的实例中，与图2所示的类型A对应的六个芯部31围绕中心轴线C1以等角间隔基本对称布置。包层32和涂层33基本同心地布置。芯部31和包层32的构成材料与CC-MCF 10和20的芯部11和21及包层12和22的构成材料类似。涂层33的构成材料与CC-MCF 10和20的涂层13和23的构成材料类似。

[0058] 芯部31的直径大于CC-MCF 10和20的定常区段15和25中的芯部11和21的直径。应该注意到，在图3的实例中，芯部31的直径基本等于CC-MCF 10和20的端面10a和20a处的芯部11和21的直径。芯部31的各个MFD是CC-MCF 10和20的定常区段15和25中的芯部11的各个MFD和芯部21的各个MFD的1.5倍以上(更优选地两倍以上)。应该注意到，在图3的实例中，芯部31的各个MFD基本等于CC-MCF 10和20中的端面处10a和20a处的芯部11的各个MFD和芯部21的各个MFD。CC-MCF 30中相邻芯部31之间的模耦合系数为1[1/m]以上，并且大于定常区段15和25中芯部11之间的模耦合系数以及芯部21之间的模耦合系数。作为选择，CC-MCF 30中相邻芯部31之间的功率耦合系数为10[1/km]以上，并且大于定常区段15和25中芯部11之间的功率耦合系数以及芯部21之间的功率耦合系数。作为实例，芯部31之间的模耦合系数(或功率耦合系数)基本等于CC-MCF 10和20的端面10a和20a处的芯部11之间的模耦合系数(或功率耦合系数)以及芯部21之间的模耦合系数(或功率耦合系数)。

[0059] 包层32的外径等于CC-MCF 10和20的包层12和22的外径。涂层33的外径等于CC-MCF 10和20的涂层13和23的外径。

[0060] CC-MCF 10的端面10a(连接端面)连接至CC-MCF 30的端面30a(第一光纤端面)，并且CC-MCF 20的端面20a(连接端面)连接至CC-MCF 30的端面30b(第二光纤端面)。该布置允许端面10a处的芯部11和端面20a处的芯部21通过CC-MCF 30的芯部31间接地相互连接。即，芯部11和芯部21通过CC-MCF 30而一对一地光学连接。

[0061] CC-MCF 30的端面30a和CC-MCF 10的端面10a在围绕中心轴线C1调节角度的情况下通过例如熔融而相互连接。该布置允许端面30a处的芯部31和端面10a处的芯部11相互直接连接。应该注意到，为了熔融连接，从包括端面10a和30a的具有预定长度的区段去除涂层13和33。然而，在熔融连接之后，将包括紫外光可固化树脂的重涂涂层5a形成在已去除涂层
13和33的区段上，使得重涂涂层5a覆盖熔融连接部分。

[0062] CC-MCF 30的端面30b和CC-MCF 20的端面20a在围绕中心轴线C1调节角度的情况下通过例如熔融而相互连接。该布置允许端面30b处的芯部31和端面20a处的芯部21相互直接连接。应该注意到，为了熔融连接，从包括端面30b和端面20a的具有预定长度的区段去除涂层23和33。然而，在熔融连接之后，将重涂涂层5b形成在已去除涂层23和33的区段上，使得重涂涂层5b覆盖熔融连接部分。

[0063] 在具有上述结构的CC-MCF 1B中，与第一实施例类似地，在CC-MCF 10和20的定常区段15和25中发生模M1至M3之间的模耦合Ma，并且在过渡区段16和26中发生较强的模耦合Mb。另外，在本实施例中，在CC-MCF 30中的模M1至M3之间发生更强的模耦合Mc。该布置允许过渡区段16、CC-MCF 30和过渡区段26之间发生基本完全的模耦合。因此，包括在CC-MCF 10和20中的芯部之间的群延迟差异或传输损耗差异被分散到所有模中，从而可以降低芯部特性的变化的影响。CC-MCF 30的MFD和模耦合系数等同于CC-MCF 10和20的端面10a和20a处的扩大的MFD和模耦合系数，从而可以抑制传输损耗由于模失配而增加。

[0064] 在本实施例中，与第一实施例类似地，用于使过渡区段16和26能够弯曲的重涂涂层5a和5b的形成进一步增强模耦合，从而可以使DMD进一步减小。

[0065] (第三实施例)

[0066] 图5是根据本发明的第三实施例的光传输系统7的构造的示意图。如图5所示，光传输系统7包括光发射器71、光放大器72、光接收器73和CC-MCF 1C。光发射器71输出已调制的光信号La。光放大器72放大光信号La。例如，光放大器72将泵浦光(pumping light)输入到掺有铒的石英玻璃中并形成粒子数反转，以放大要引导的多个模中的光。

[0067] CC-MCF 1C通过光放大器72将光发射器71和光接收器73光耦合。应该注意到，在图5的实例中，CC-MCF 1C包括根据第二实施例的两个CC-MCF 1B。一个CC-MCF 1B将光发射器
71和光放大器72光耦合，以便在从光发射器71输出的光信号La被模耦合的情况下将光信号La传播到光放大器72。另一CC-MCF 1B将光放大器72和光接收器73光耦合，以便在从光放大器72输出的已放大的光信号La被进一步模耦合的情况下将已放大的光信号La传播到光接收器73。

[0068] 光接收器73接收已放大的光信号La。例如，光接收器73利用经过模耦合的光信号La与具有基本相等光频的本振光(local oscillation light)之间的干涉来实施相干检测，以利用数字信号处理校正色散和非线性失真的影响，并利用MIMO信号处理在模耦合之前恢复光信号La。

[0069] 包括根据本实施例的CC-MCF 1C的光传输系统7即使在长距离传输中也能抑制DMD的累积，并且降低光接收器73中的MIMO信号处理的计算复杂度。结果，减少了由于信号处理而导致的信号延迟和功耗。应该注意到，CC-MCF 1C可以包括根据第一实施例的CC-MCF 1A以替代至少一个CC-MCF 1B。

[0070] 根据本发明的耦合型多芯光纤不限于上述实施例，并且由此可以作各种修改。例如，为了必要的目的和效果，上述实施例可以相互结合。

[0071] 附图标记列表

[0072] 1A to 1C……CC-MCF；5、5a、5b……重涂涂层；7……光传输系统；10……第一CC-MCF；11、21、31……芯部；12、22、32……包层；13、23、33……涂层；15、25……定常区段；16、26……过渡区段；20……第二CC-MCF；30……第三CC-MCF；71……光发射器；72……光放大器；73…光接收器；C1……中心轴线；La……光信号；M1至M3……模；以及Ma、Mb、Mc……模耦合。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种多通道高速率的5G信号处理装置	2020-05-08	177
一种能够实时监测清扫器磨损状态的接触式智能传感器	2020-05-08	884
天线及信号处理装置	2020-05-08	753
一种通信系统时钟分配管理电路	2020-05-08	508
一种泊车管理视频桩	2020-05-08	223
一款自带双通道信号传输的液晶显示组件	2020-05-08	233
一种变电站高压室设备状态在线监测系统	2020-05-11	39
一种感温电缆报警装置	2020-05-11	934
基于LoRa技术的变电站远程照明控制装置	2020-05-08	415
一种热式气体质量流量计	2020-05-11	712

耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统

耦合型多芯光纤以及包括耦合型多芯光纤的光传输系统

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：