一种易于识别的多芯光纤
阅读说明：本技术 一种易于识别的多芯光纤 (Easily-identified multi-core optical fiber ) 是由 李鹏 兰小波 罗杰 田巧丽 张磊 杨柳波 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种易于识别的多芯光纤,包括有共同外包层和布设在共同外包层中的多个纤芯,其特征在于所述的纤芯为八个,包括有一个中心纤芯和七个外纤芯,中心纤芯布设在共同外包层的中心,其余七个纤芯环绕中心纤芯等距布设在中心纤芯的外周,七个外纤芯沿周向按序排列并从第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度相等,而第一个与第七个外纤芯之间的间隔弧度大于第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度,七个外纤芯与中心纤芯的等间距d1为35～43μm,七个外纤芯的芯间距d2为31～37μm,所述的八个纤芯为同质单模光纤,各纤芯从内向外依次包括芯层、内包层和下陷包层,共同外包层为各纤芯的外包层。本发明结构设置合理,易于识别和对接,而且衰减低,芯间串扰小。(The invention relates to a multi-core optical fiber easy to identify, which comprises a common outer cladding layer and a plurality of fiber cores arranged in the common outer cladding layer, and is characterized in that the fiber cores are eight, the fiber cores comprise a central fiber core and seven outer fiber cores, the central fiber core is arranged in the center of the common outer cladding layer, the other seven fiber cores are arranged on the periphery of the central fiber core at equal intervals around the central fiber core, the seven outer fiber cores are sequentially arranged along the circumferential direction, the interval radian between every two adjacent outer fiber cores from the first to the seventh is equal, the interval radian between the first outer fiber core and the seventh outer fiber core is larger than that between every two adjacent outer fiber cores from the first to the seventh, the equal interval d1 between the seven outer fiber cores and the central fiber core is 35-43 mu m, the core interval d2 between the seven outer fiber cores is 31-37 mu m, the eight fiber cores are homogeneous single-mode fibers, and the fiber cores respectively comprise a core layer, a core layer and a fiber core layer, The common outer cladding is the outer cladding of each fiber core. The invention has reasonable structure, easy identification and butt joint, low attenuation and small crosstalk between cores.)
技术领域
本发明涉及一种易于识别的多芯光纤，属于光纤通信传输技术领域。
背景技术
光通信以其容量大、速度快、距离长等特点，在信息产业发挥着极其重要的支撑作用。近年来，随着掺铒光纤放大器、波分复用以及高频谱效率编码技术的不断发展，光通信系统的传输容量呈持续增长趋势。然而，随着单模光纤的传输容量已经逐渐逼近香农极限，光通信技术的发展趋于缓慢(如图3所示)。为应对目前的传输容量危机以及最大限度的提升系统谱效率，空分复用光纤研究正在如火如荼的展开。
空分复用和模分复用技术可以打破传统的香农极限，实现更高带宽的传输，是解决传输容量问题的最好方法。支持此复用技术的光纤即多芯光纤和少模光纤。实验表明，使用少模光纤结合MIMO技术能够在一个以上的空间传播模式下传输信号。并且MIMO技术能够补偿模式间的相互耦合，在接收端将各个空间模式分离开来。美国专利US8948559、US8848285、US8837892、US8705922以及中国专利CN104067152、CN103946729等提出了抛物线型或阶跃型剖面的少模光纤，但它们各自存在优缺点。具有阶跃型剖面的少模光纤制造工艺简单，易于实现大批量生产，但其通常具有较大的DGD，甚至高达几千ps/km。抛物线型剖面的少模光纤有更多的可调节参数从而使得模间串扰和DGD均达到很低的水平，但其制备工艺复杂，alpha参数难以精确均匀地控制，可重复性不高。且折射率剖面沿预制棒轴向上的微小波动就能造成光纤不同段长处DGD的明显变化。
近几年来，基于多芯光纤(MCF)的空分复用系统逐渐兴起。作为能够传输大容量信息的光传输路径而受到期待。目前已有提出几种按单根光纤中的芯子数量分成4芯，7芯，10芯，12芯和19芯光纤的多芯光纤等。多芯光纤中每个芯都是独立的光波导，在理论上这些多芯光纤中的N个芯子相应地可以将系统的总传输容量扩大N倍。
在2011年的OFC会议上，美国OFS公司报道了在7芯光纤中实现了56Tb/s的信号传输。同一年，日本NICT联合日本住友在7芯光纤中实现了109Tb/s的信号传输，这是首次实现单根光纤超过100Tb/s的传输实验。在2012年国际会议上，日本NICT首次报道了在19芯光纤上实现了超过305Tb/s的传输。同年ECOC会议上，日本报道了在12芯多芯光纤中实现了1Pb/s以上的信号传输实验，为未来通信网络扩容提供了技术储备。在2013年OFC会议上，首次有报道将7芯光纤用于数据中心的建设上，作为高速计算机的高度、高密度的并行互联。已有的这些多芯光纤在通信线路与高速通信局域连接等领域都已经产生了应用。
目前许多企业数据中心的传输速率仍是10Gbps，传统10G常采用SFP+光模块，双芯LC接口互联；40G以太网规范要求8芯互联，4发4收，采用12芯光缆布线解决方案，每个信道拥有4条专用发射光纤和4条专用接收光纤，中间4条光纤保持闲置。
如果采用一种多芯光纤(如8芯光纤)来用于数据中心互联，即可大幅度的减少光纤使用数量，从而提高接入密度。但是实际应用中，多芯光纤需要识别收、发芯，或者与其他的多芯光纤、光学装置等连接的情况下，需要将多芯光纤的特定芯部与其他的多芯光纤的指定芯部和光学装置连接，然而，目前的大多数多芯光纤的纤芯是等间距排布，或者是轴对称或旋转对称排布，这种分布的好处是确保了芯间距的均匀，有利于光纤制备并有利于控制芯间串扰，但是存在难以识别具体每一根纤芯的问题。
目前已有一些专利文献提到了解决方案，如专利CN102257415B，CN102449515B，在光纤包层部额外添加用于识别特定的芯部的位置的视觉识别用标记，视觉识别用标记设置在破坏多芯光纤对称性的位置处。但是这些方案对标记芯设定了许多限制，CN102257415B要求标记为空孔，CN102449515B要求视觉识别用标记的至少一部分的折射率比所述包层的折射率高。
专利CN202433554U所描述的方法，对于空气孔辅助型光纤，部分纤芯的周围气孔层具有与位于其他纤芯的气孔层不同的厚度或密度，从而用作识别用标识，但是空气孔辅助型光纤如果气孔密度或厚度不均匀，拉制光纤过程中可能导致空气孔塌陷、破裂、合并或消失，造成光纤的结构缺陷及辨别上的困难。
发明内容
为方便介绍发明内容，定义如下术语：
相对折射率Δni为光纤各层(除外包层外)与纯二氧化硅的相对折射率差。
从光纤纤芯中轴线算起，根据折射率的变化，定义为最靠近中轴线的那层为纤芯层，光纤的最外层即纯二氧化硅层为光纤外包层。
光纤各层相对折射率差Δni由以下方程式定义：
其中，ni为光纤各层(除包层外)的折射率，nc为外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层Ge掺杂的相对折射率差贡献量ΔGe由以下方程式定义：
其中，nGe为纤芯的Ge掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起的二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中nc为外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
光纤芯层F掺杂的相对折射率差贡献量ΔF由以下方程式定义：
其中，nF为纤芯的F掺杂物，在掺杂到没有其他掺杂物的纯二氧化硅中，引起的二氧化硅玻璃折射率的变化量，其中nc为外包层折射率，即纯二氧化硅的折射率。
光纤各模式的有效面积：
其中，E是与传播有关的电场，r为轴心到电场分布点之间的距离。
一般，我们以远场可变孔径法来测试光纤的模场直径MFD，确定模场直径的等效公式为：
其中，λ为测试波长，D为孔径光阑所在平面到光纤端面的距离，x为孔径光阑的半径，a(x)为互补孔径功率传输函数。
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术存在的不足，提供一种易于识别的多芯光纤，它不仅结构设置合理，易于识别和对接，而且衰减低，芯间串扰小。
本发明为解决上述提出的问题所采取的技术方案为：包括有共同外包层和布设在共同外包层中的多个纤芯，其特征在于所述的纤芯为八个，包括有一个中心纤芯和七个外纤芯，所述的中心纤芯布设在共同外包层的中心，其余七个纤芯环绕中心纤芯等距布设在中心纤芯的外周，所述的七个外纤芯沿周向按序排列并从第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度(周向间隔)相等，而第一个与第七个外纤芯之间的间隔弧度(周向间隔)，即首尾端外纤芯之间的间隔弧度大于第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度，所述的七个外纤芯与中心纤芯的等间距d1为35～43μm，七个外纤芯的芯间距d2为31～37μm，所述的八个纤芯为同质单模光纤，各纤芯从内向外依次包括芯层、内包层和下陷包层，共同外包层为各纤芯的外包层。
按上述方案，所述的第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度为Л/4(45°)，所述的第一个与第七个外纤芯之间的间隔弧度为Л/2(90°)；所述的第一个与第七个外纤芯之间的间距d3为38～74um。
按上述方案，所述芯层半径R1为3.0～4.5μm，芯层相对共同外包层相对折射率差Δ1为0.28％～0.42％，所述内包层的半径R2为5.2～9.2μm，内包层相对共同外包层的相对折射率差Δ2为-0.12％～0.12％，所述下陷包层的半径R3为7.5～12.5μm，下陷包层相对共同外包层的相对折射率差Δ3为-0.35％～-0.65％，所述的共同外包层直径为125μm，共同外包层为纯二氧化硅玻璃层。
按上述方案，所述的光纤满足光信号在O波段和C波段的多芯并行传输。
按上述方案，所述光纤在波长1310nm和1550nm处，任一纤芯与其相邻旁芯之间的芯间串扰<-30dB/10km，与相邻旁芯以外的纤芯之间的芯间串扰<-40dB/10km。优选的，任一纤芯与其相邻旁芯之间的芯间串扰<-35dB/10km，与相邻旁芯以外的纤芯之间的芯间串扰<-45dB/10km。
按上述方案，所述光纤在波长1310nm处各信道的衰耗均小于或等于0.5dB/km，在波长1550nm处各信道的衰耗均小于或等于3.0dB/km。优选的，所述光纤在波长1310nm处各信道的衰耗均小于或等于0.4dB/km，在波长1550nm处各信道的衰耗均小于或等于2.0dB/km。
按上述方案，所述光纤在60mm直径弯曲100圈条件下，各个信道在波长1310nm处的宏弯损耗小于或等于0.05dB，在波长1550nm处的宏弯损耗小于或等于0.05dB。
按上述方案，所述光纤各信道的光缆截止波长小于等于1260nm。
按上述方案，所述光纤各信道在1310nm处的模场直径为5～9μm，在1550nm处的模场直径为7～10μm。
本发明的有益效果在于：1、在不增加标记芯的情况下，通过外纤芯首尾非等间距排布，来达到识别多芯光纤的定位，使用时易于对多芯光纤收发芯的识别和定位，也便于与其它的多芯光纤、光学装置等连接。2、采用中间一个芯、周围7个芯的八芯结构，除首尾外纤芯外相邻各纤芯区彼此之间的纤芯距相同，各外纤芯区与中心纤芯区的间隔距相同，各纤芯区的布设合理，光纤内应力分布相对均匀；同时设计合理的纤芯折射率设计，使光纤的芯间串扰和宏弯损耗较低，并极大的降低了芯层距包层边缘较近所产生的附加衰耗。3、采用标准125微米的光纤直径，与当前器件保持兼容性并保持与普通单芯光纤所占空间体积相同，可满足C波段和O波段的空分复用传输，同时光纤结构紧凑，提高了通信密度，特别适用于数据中心等密集布线场合的使用。
附图说明
图1为本发明一个实施例的径向结构示意图。
图2为本发明一个实施例中纤芯的折射率剖面示意图。
图3为目前光纤通信系统传输容量增长曲线图示。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。
本发明多芯光纤的实施例如图1、2所示，包括有共同外包层9和布设在共同外包层中的多个纤芯，所述的纤芯为八个，包括有一个中心纤芯1和七个外纤芯2～8，所述的中心纤芯布设在共同外包层的中心，其余七个纤芯环绕中心纤芯等距布设在中心纤芯的外周，所述的七个外纤芯沿周向按序排列并从第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度(周向间隔)相等，为Л/4(45°)，间距也相等，而第一个与第七个外纤芯之间的间隔弧度(周向间隔)，即首尾端外纤芯之间的间隔弧度大于第一个至第七个相邻两外纤芯之间的间隔弧度，为Л/2(90°)，所述的七个外纤芯与中心纤芯的等间距为d1，七个外纤芯的芯间距为d2，所述的第一个与第七个外纤芯之间的间距为d3，所述的八个纤芯为同质单模光纤，共用同一外包层，各纤芯从内向外依次包括芯层、内包层和下陷包层，共同外包层为各纤芯的外包层。所述芯层半径为R1，芯层相对共同外包层折射率差为Δ1，所述内包层的半径为R2，内包层相对于共同外包层的相对折射率差为Δ2，下陷包层包覆在内包层外，所述下陷包层半径为R3，下陷包层相对于共同外包层的相对折射率差为Δ3，所述共同外包层直径为125±1.0μm。
本发明5个光纤实施例的结构设置和主要性能参数见表1和表2。
表1：实施例八芯光纤的结构
序号
1
2
3
4
5
包层直径(μm)
124.2
125.0
125.8
124.9
125.1
芯间距d1(μm)
34.9
32.1
36.6
33.6
35.5
芯间距d2(μm)
40.4
46.7
57.6
45.4
59.2
半径R1(μm)
3.1
4.2
4.0
3.6
3.8
相对折射率差Δ1(％)
0.29
0.39
0.37
0.33
0.31
半径R2(μm)
7.84
8.60
7.10
6.56
7.11
相对折射率差Δ2(％)
0.01
-0.10
0.00
0.09
-0.03
半径R3(μm)
10.62
11.53
9.95
10.73
12.46
相对折射率差Δ3(％)
-0.44
-0.42
-0.45
-0.48
-0.46
表2：实施例八芯光纤的主要性能参数
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