本發(fā)明屬于光纖通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖。
背景技術(shù)：
1、在追求提升光通信容量的過程中，人們?cè)谔剿鞑ㄩL、頻率和相位復(fù)用技術(shù)方面付出了巨大努力。在過去十年里，研究人員試圖通過空分復(fù)用進(jìn)一步拓展光纖通信能力?？辗謴?fù)用通過增加單根光纖中可用的數(shù)據(jù)傳輸路徑數(shù)量來提高通信容量，包括兩種方式：芯分復(fù)用和模分復(fù)用。盡管芯分復(fù)用已經(jīng)取得了重大進(jìn)展，但其容量和纖芯數(shù)量都逐漸趨于飽和。模分復(fù)用理論上可以通過利用具有多個(gè)重疊空間的正交態(tài)實(shí)現(xiàn)無限數(shù)量模式的傳輸，其中基于軌道角動(dòng)量模式的模分復(fù)用已得到廣泛研究。研究人員提出了許多支持軌道角動(dòng)量模式傳輸?shù)亩嗄９饫w結(jié)構(gòu)，包括空芯光纖、光子晶體光纖和環(huán)芯光纖。然而，具有相同有效折射率的兩種模式會(huì)發(fā)生模式耦合，這將影響模式傳輸?shù)姆€(wěn)定性。這個(gè)問題可以通過增大兩種模式之間的有效折射率差來解決。此外，模式耦合問題也可以通過多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理有效解決。然而，當(dāng)涉及更多模式和更大的模式間時(shí)延差時(shí)，模式耦合和信號(hào)處理的復(fù)雜性會(huì)顯著增加。
2、2023年，波士頓大學(xué)的zelin?ma發(fā)現(xiàn)了一種超越傳統(tǒng)截止的新型光導(dǎo)機(jī)制—拓?fù)浼s束機(jī)制，并驗(yàn)證了這些模式在波長為1550nm處的實(shí)際效用。該機(jī)制在無需使用多輸入多輸出數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的情況下，支持階躍折射率分布環(huán)芯光纖中多種軌道角動(dòng)量截止模式的低損耗傳輸，且模式耦合意外地自然降低，這些模式也被稱為拓?fù)浼s束模式。但該種折射率光纖中存在有效模式面積劣化的問題，這對(duì)增加非線性電阻提出了挑戰(zhàn)，仍有改進(jìn)空間。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，旨在解決階躍折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的有效模式劣化問題。
2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
3、本發(fā)明提供了一種漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，包括中心區(qū)域，環(huán)形纖芯和包層區(qū)域，環(huán)形纖芯區(qū)域?yàn)闈u變折射率分布，中心區(qū)域和包層區(qū)域具有相同的折射率，環(huán)形纖芯的折射率大于中心和包層區(qū)域的折射率。
4、進(jìn)一步，漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖的折射率分布可以表示為：
5、
6、其中nco是纖芯最大折射率，ncl是中心區(qū)域和包層區(qū)域的折射率，r1為內(nèi)環(huán)半徑，r2為外環(huán)半徑，是相對(duì)折射率差。
7、進(jìn)一步，所述環(huán)形纖芯的外環(huán)半徑范圍為25-35μm，內(nèi)環(huán)半徑范圍為5-15μm，纖芯最大折射率與包層區(qū)域的折射率差不低于0.04。
8、進(jìn)一步，所述漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的模式基為光渦旋模式。
9、進(jìn)一步，中心區(qū)域和包層區(qū)域的材料為摻氟二氧化硅，環(huán)形纖芯區(qū)域的材料為氟摻雜濃度和鍺摻雜濃度漸變的摻鍺二氧化硅、摻氟二氧化硅材料的組合。
10、進(jìn)一步，所述漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖支持多個(gè)無模式耦合的截止軌道角動(dòng)量模式。
11、進(jìn)一步，所述漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的截止自旋軌道對(duì)齊模式和自旋軌道反對(duì)齊模式的有效折射率差均＞10-4。
12、進(jìn)一步，所述漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的截止軌道角動(dòng)量模式，其限制損耗幾乎忽略不計(jì)。
13、進(jìn)一步的，所述漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的截止軌道角動(dòng)量模式，其有效模式面積呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)。
14、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：
15、(1)本發(fā)明提出了一種新型的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，通過設(shè)計(jì)環(huán)形纖芯區(qū)域?yàn)闈u變折射率分布，有效解決了階躍折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖中的有效模式劣化問題，從而在降低非線性方面表現(xiàn)出更好的性能，在1550nm處支持多個(gè)截止軌道角動(dòng)量模式的低損耗傳輸。
16、(2)本發(fā)明提供的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖能夠有效抑制截止自旋軌道對(duì)齊模式和自旋軌道反對(duì)齊模式之間的模式耦合，它們的有效折射率差均＞10-4。
1.一種漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，自內(nèi)向外依次包括中心區(qū)域、環(huán)形纖芯區(qū)域和包層區(qū)域，環(huán)形纖芯區(qū)域?yàn)闈u變折射率分布，所述中心區(qū)域和包層區(qū)域具有相同的折射率，環(huán)形纖芯的折射率大于中心區(qū)域和包層區(qū)域的折射率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述光纖的折射率分布表達(dá)式為：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述環(huán)形纖芯的外環(huán)半徑范圍為25-35μm，內(nèi)環(huán)半徑范圍為5-15μm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述環(huán)形纖芯的最大折射率與包層區(qū)域的折射率差不低于0.04。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，模式基為截止光渦旋模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述中心區(qū)域和包層區(qū)域的材料為摻氟二氧化硅，環(huán)形纖芯區(qū)域的材料為氟摻雜濃度和鍺摻雜濃度漸變的摻鍺二氧化硅、摻氟二氧化硅材料的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述光纖支持多個(gè)無模式耦合的截止光渦旋模式，所述光纖中截止自旋軌道對(duì)齊模式和截止自旋軌道反對(duì)齊模式的有效折射率均＞10-4。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的漸變折射率分布拓?fù)浼s束環(huán)芯光纖，其特征在于，所述光纖中模式的有效面積隨著拓?fù)浜蓴?shù)的增加呈現(xiàn)穩(wěn)定的趨勢(shì)。