本發(fā)明屬于光通信領(lǐng)域，涉及一種本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖。

背景技術(shù)：

研究表明，隨著信息爆炸和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量每年約增長(zhǎng)60％，根據(jù)這一趨勢(shì)，社會(huì)信息總量在今后10～30年內(nèi)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)2～4個(gè)數(shù)量級(jí)。高速大容量是光通信永恒的發(fā)展主題。然而，現(xiàn)有的提高光通信容量的各種復(fù)用技術(shù)(如波分復(fù)用技術(shù)、時(shí)分復(fù)用技術(shù)和偏振復(fù)用技術(shù)等)以及先進(jìn)高級(jí)調(diào)制技術(shù)已接近其容量極限，光通信出現(xiàn)新容量危機(jī)。為了進(jìn)一步提高光通信系統(tǒng)的容量，利用光波空間維度資源的空分復(fù)用技術(shù)近年來(lái)吸引了越來(lái)越多的關(guān)注，其可以實(shí)現(xiàn)光通信可持續(xù)擴(kuò)容，有望解決光通信新容量危機(jī)。

空分復(fù)用技術(shù)利用光波的空間維度，包括基于多芯光纖的多芯復(fù)用技術(shù)，基于少模光纖、多模光纖、環(huán)形光纖的模分復(fù)用技術(shù)，以及基于多芯少模光纖、多芯多模光纖的多芯模分復(fù)用技術(shù)。其中，模分復(fù)用技術(shù)是指將不同的正交空間模式，比如線偏(LP)模式和軌道角動(dòng)量(OAM)模式等空間模式基，作為不同的傳輸信道載體，攜帶不同的數(shù)據(jù)信息，通過(guò)空間復(fù)用傳輸有效提升光通信容量和頻譜利用效率。然而，目前已經(jīng)報(bào)道的大多數(shù)模分復(fù)用技術(shù)所采用的模式通道數(shù)較少，且模式之間串?dāng)_較大，這使得在使用模分復(fù)用技術(shù)時(shí)需要同時(shí)輔助以多進(jìn)多出數(shù)字信號(hào)處理(MIMO-DSP)技術(shù)來(lái)緩解模式串?dāng)_的影響，這增加了光通信系統(tǒng)的復(fù)雜度和成本。特別地，當(dāng)模分復(fù)用模式通道數(shù)目增多時(shí)，模式之間的串?dāng)_越發(fā)嚴(yán)重，需要更大規(guī)模的MIMO-DSP技術(shù)輔助實(shí)現(xiàn)模分復(fù)用，MIMO-DSP的復(fù)雜度隨著通道數(shù)目的增多急劇的增加，這嚴(yán)重制約了多通道模分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展。

事實(shí)上，目前應(yīng)用于光纖模分復(fù)用技術(shù)的LP模式和OAM模式等，本質(zhì)上都是由光纖中的本征模線性疊加而成，而光纖本征模本身也是相互正交且可以作為一個(gè)空間模式基，因此，除了基于LP模式和OAM模式的模分復(fù)用技術(shù)，基于光纖本征模本身也可以進(jìn)行模分復(fù)用，使用光纖本征模更加直接。與此同時(shí)，模分復(fù)用技術(shù)，也包括基于光纖本征模的模分復(fù)用技術(shù)，希望模式通道數(shù)越多越好，模式間串?dāng)_越低越好。多通道模式復(fù)用可以更有效提升光通信容量和頻譜利用效率。低模式串?dāng)_模式復(fù)用可以避免使用MIMO-DSP技術(shù)，類(lèi)似低串?dāng)_波分復(fù)用技術(shù)那樣，有效降低模式復(fù)用復(fù)雜度。然而，大多數(shù)光纖中支持的模式都存在簡(jiǎn)并現(xiàn)象。比如：弱導(dǎo)少模光纖和多模光纖中，構(gòu)成LP模式的本征模有效折射率近乎相等(LP₁₁模式由TM₀₁、TE₀₁、HE₂₁奇和HE₂₁偶構(gòu)成)，模式四重簡(jiǎn)并。普遍認(rèn)為，當(dāng)光纖中支持的相鄰模式間有效折射率差大于1×10^-4時(shí)，認(rèn)為模式發(fā)生分離(模式退簡(jiǎn)并)，有些類(lèi)似保偏光纖，模式間的串?dāng)_較低，在模式復(fù)用傳輸時(shí)可以忽略模式間的串?dāng)_，可以實(shí)現(xiàn)低模式串?dāng)_的模式復(fù)用。比如：高折射率環(huán)形光纖中，本征模式HE、EH、TE、TM間有效折射率差可以大于1×10^-4實(shí)現(xiàn)分離，不過(guò)，HE模式的奇模和偶模以及EH模式的奇模和偶模仍然為兩重簡(jiǎn)并模式，有效折射率近乎相等，未能實(shí)現(xiàn)所有本征模(含奇模和偶模)完全分離和退簡(jiǎn)并。再比如，對(duì)于一些保偏光纖(熊貓型、領(lǐng)結(jié)型或蝴蝶型應(yīng)力雙折射保偏光纖和橢圓纖芯保偏光纖)，雖然也可以實(shí)現(xiàn)模式分離，但模式通道數(shù)較少，且難以實(shí)現(xiàn)所有本征模完全分離。這些都無(wú)法滿足多通道低串?dāng)_模式復(fù)用的需求。在此背景下，迫切需要設(shè)計(jì)一種可以支持多通道模式且所有本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提供一種本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖，用于直接基于光纖本征模復(fù)用的模分復(fù)用傳輸領(lǐng)域，解決現(xiàn)有光纖模分復(fù)用傳輸存在的模式通道數(shù)少、模式串?dāng)_大、需要MIMO-DSP輔助等技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明提供的一種本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖，其包括雙折射纖芯、應(yīng)力區(qū)和包層。所述雙折射纖芯是指在水平和垂直方向上不對(duì)稱(chēng)的纖芯，其目的在于使得光纖在水平和垂直方向上具有不同的有效折射率。雙折射纖芯提供形狀結(jié)構(gòu)雙折射，雙折射纖芯尺寸越大折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，目前工藝能夠達(dá)到且比較成熟的纖芯折射率與包層折射率差一般不超過(guò)2.5％；應(yīng)力區(qū)提供應(yīng)力附加雙折射，應(yīng)力區(qū)摻硼摩爾百分比越大，應(yīng)力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過(guò)33％。摻硼摩爾百分比也影響應(yīng)力區(qū)折射率，摻硼越多折射率越小。

優(yōu)選的，所述光纖折射率參數(shù)關(guān)系為：雙折射纖芯>包層>應(yīng)力區(qū)。

優(yōu)選的，所述雙折射纖芯的折射率分布可以是階躍折射率分布，也可以是漸變折射率分布。

優(yōu)選的，所述本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖支持多個(gè)通道光纖本征模式，且所有光纖本征模式之間的有效折射率差均大于1×10^-4，多個(gè)通道光纖本征模式間低串?dāng)_。

進(jìn)一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓纖芯結(jié)構(gòu)，橢圓纖芯材料包括摻雜二氧化鍺、二氧化鈦或五氧化二磷的二氧化硅材料。橢圓纖芯短半軸掃描范圍可以取3～6μm，橢圓纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。

進(jìn)一步的，所述應(yīng)力區(qū)采用摻雜五氧化二硼或氟的二氧化硅材料，包層采用純二氧化硅材料。

進(jìn)一步的，兩個(gè)相同的圓形應(yīng)力區(qū)對(duì)稱(chēng)設(shè)在所述橢圓纖芯短軸兩側(cè)，構(gòu)成熊貓型應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)，包層為圓形包層。圓形應(yīng)力區(qū)邊界與橢圓纖芯邊界間距離的掃描范圍可以取1～3μm，該距離過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小應(yīng)力附加雙折射效應(yīng)。圓形應(yīng)力區(qū)半徑掃描范圍可以取10～25μm。

進(jìn)一步的，兩個(gè)相同的扇環(huán)應(yīng)力區(qū)對(duì)稱(chēng)設(shè)在所述橢圓纖芯短軸兩側(cè)，構(gòu)成領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)，包層為圓形包層。其中，所述扇環(huán)的圓心與橢圓纖芯中心重合。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)內(nèi)環(huán)邊界與橢圓纖芯邊界間距離的掃描范圍可以取1～3μm，該距離過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小應(yīng)力附加雙折射效應(yīng)。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)夾角掃描范圍可以取90°～150°。

進(jìn)一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相同的圓形應(yīng)力區(qū)對(duì)稱(chēng)設(shè)在橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側(cè)，構(gòu)成熊貓型應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)，包層為圓形包層。其中，所述橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)和外環(huán)為中心重合、長(zhǎng)短軸皆同方向且橢圓率大小相等的橢圓形，內(nèi)環(huán)和外環(huán)中間區(qū)域?yàn)槔w芯，內(nèi)環(huán)內(nèi)部區(qū)域材料和包層材料相同。橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯環(huán)狀區(qū)域短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。圓形應(yīng)力區(qū)邊界與橢圓環(huán)形纖芯外環(huán)邊界間距離掃描范圍可以取1～3μm，該距離過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小應(yīng)力附加雙折射效應(yīng)。圓形應(yīng)力區(qū)半徑掃描范圍可以取10～25μm。

進(jìn)一步的，所述雙折射纖芯采用橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)，兩個(gè)相同的扇環(huán)應(yīng)力區(qū)對(duì)稱(chēng)設(shè)在橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側(cè)，構(gòu)成領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)，包層為圓形包層。其中，所述扇環(huán)的圓心與橢圓纖環(huán)形芯中心重合，所述橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)和外環(huán)為中心重合、長(zhǎng)短軸皆同方向且橢圓率大小相等的橢圓形，內(nèi)環(huán)和外環(huán)中間區(qū)域?yàn)槔w芯，內(nèi)環(huán)內(nèi)部區(qū)域材料和包層材料相同。橢圓環(huán)形纖芯的內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯環(huán)狀區(qū)域短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。橢圓環(huán)形纖芯橢圓率掃描范圍可以取1～4。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)內(nèi)環(huán)邊界與橢圓環(huán)形纖芯外環(huán)邊界間距離掃描范圍可以取1～3μm，該距離過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小應(yīng)力附加雙折射效應(yīng)。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)夾角掃描范圍可以取90°～150°。

總體上，對(duì)圓形應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)要求相同，對(duì)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)要求相同，對(duì)橢圓纖芯結(jié)構(gòu)要求相同，對(duì)橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)要求相同。在上述給定各參數(shù)掃描范圍內(nèi)，光纖所支持的本征模通道數(shù)目以及本征模間有效折射率差會(huì)有相應(yīng)不同，不過(guò)，最優(yōu)的光纖設(shè)計(jì)參數(shù)位于上述參數(shù)掃描范圍內(nèi)，可以在得到多通道本征模同時(shí)保證所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實(shí)現(xiàn)本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖。

本發(fā)明中，以雙折射纖芯結(jié)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圓形纖芯，雙折射纖芯提供形狀結(jié)構(gòu)雙折射，可以采用橢圓纖芯和橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)，橢圓環(huán)形纖芯會(huì)進(jìn)一步有利于本征模分離；應(yīng)力區(qū)提供應(yīng)力附加雙折射，可以采用橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的熊貓型或領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)應(yīng)力區(qū)結(jié)構(gòu)，即應(yīng)力區(qū)形狀分別為圓形或扇環(huán)。這種改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)在于將橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)引起的形狀結(jié)構(gòu)雙折射和應(yīng)力區(qū)引起的應(yīng)力附加雙折射兩者相疊加，有效增強(qiáng)了光纖中的雙折射效應(yīng)，使得在獲得多通道數(shù)目本征模的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實(shí)現(xiàn)所有光纖本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖。

本發(fā)明具有如下有益效果：

1、相比于傳統(tǒng)弱導(dǎo)少模和多模光纖以及環(huán)形光纖中使用的LP模式或OAM模式，本方面利用的直接是光纖本征模式，將應(yīng)用于光纖本征模復(fù)用通信，為模式復(fù)用通信提供一種新的方案。

2、相比于傳統(tǒng)弱導(dǎo)少模和多模光纖以及環(huán)形光纖中存在的模式簡(jiǎn)并，本發(fā)明光纖支持的所有本征模實(shí)現(xiàn)完全分離，即所有本征模完全退簡(jiǎn)并。

3、相比于單獨(dú)的熊貓型、領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)應(yīng)力雙折射保偏光纖、橢圓芯雙折射光纖、高折射率環(huán)形光纖，本發(fā)明將橢圓纖芯或橢圓環(huán)形纖芯結(jié)構(gòu)引起的形狀結(jié)構(gòu)雙折射和應(yīng)力區(qū)引起的應(yīng)力附加雙折射兩者相疊加，有效增強(qiáng)了光纖中的雙折射效應(yīng)，使得在獲得多通道數(shù)目本征模的同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)所有本征模之間的有效折射率差大于1×10^-4，即實(shí)現(xiàn)所有光纖本征模完全分離和退簡(jiǎn)并。

4、本發(fā)明提供的本征模完全分離的退簡(jiǎn)并多模光纖，基于熊貓型、領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)、橢圓芯保偏光纖和環(huán)形光纖等制作工藝，工藝上便于實(shí)際拉制實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1(a)是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)橫截面示意圖，圖1(b)是該結(jié)構(gòu)相應(yīng)的材料折射率分布圖；

圖2(a)是本發(fā)明提供的領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)橫截面示意圖，圖2(b)是該結(jié)構(gòu)相應(yīng)的材料折射率分布圖；

圖3(a)是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)橫截面示意圖，圖3(b)是該結(jié)構(gòu)相應(yīng)的材料折射率分布圖；

圖4(a)是本發(fā)明提供的領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)橫截面示意圖，圖4(b)是該結(jié)構(gòu)相應(yīng)的材料折射率分布圖；

圖5是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖支持的35個(gè)模式有效折射率；

圖6是本發(fā)明提供的熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖支持的35個(gè)模式間有效折射率差。

圖7是本發(fā)明提供的領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖支持的53個(gè)模式有效折射率；

圖8是本發(fā)明提供的領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖支持的53個(gè)模式間有效折射率差。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如圖1(a)所示，本發(fā)明提供的這種熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖由橢圓纖芯1、橢圓纖芯短軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的圓形應(yīng)力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個(gè)圓形應(yīng)力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖1(b)為該熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖沿x方向(橢圓短軸方向)的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括橢圓纖芯1長(zhǎng)半軸a_y、短半軸a_x大小，兩個(gè)圓形應(yīng)力區(qū)2半徑r₁，圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁，橢圓纖芯1折射率n₁和圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。摻硼摩爾百分比影響折射率，摻硼越多折射率越小。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓纖芯1折射率n₁、橢圓纖芯1短半軸a_x、橢圓纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)三個(gè)變量以確定橢圓纖芯1的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描圓形應(yīng)力區(qū)2半徑r₁、圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁、圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB三個(gè)變量確定圓形應(yīng)力區(qū)2的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要影響光纖中本征模有效折射率差。掃描可以通過(guò)Matlab軟件對(duì)各個(gè)變量在一定范圍內(nèi)掃描。依據(jù)對(duì)這種熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，橢圓纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達(dá)到且比較成熟的橢圓纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過(guò)2.5％。橢圓纖芯1短半軸掃描范圍可以取3～6μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應(yīng)力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過(guò)33％。圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓纖芯1邊界間距離d₁掃描范圍可以取1～3μm，d₁過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小雙折射效應(yīng)。圓形應(yīng)力區(qū)2半徑掃描范圍可以取10～25μm。

如圖2(a)所示，本發(fā)明提供的這種領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖由橢圓纖芯1、橢圓纖芯短軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個(gè)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖2(b)為該領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括橢圓纖芯1長(zhǎng)半軸a_y、短半軸a_x大小，兩個(gè)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)外環(huán)半徑r₁和r₂，扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁，扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角θ，橢圓纖芯1折射率n₁和扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。在全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓纖芯1折射率n₁、橢圓纖芯1短半軸a_x、橢圓纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)三個(gè)變量確定橢圓纖芯1的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2外環(huán)半徑r₂、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角θ、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB四個(gè)變量確定扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對(duì)這種領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，橢圓纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達(dá)到且比較常熟的橢圓纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過(guò)2.5％。橢圓纖芯1短半軸掃描范圍可以取3～6μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應(yīng)力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過(guò)33％。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓纖芯1邊界間最近距離d₁掃描范圍可以取1～3μm，d₁過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小雙折射效應(yīng)。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角掃描范圍可以取90°～150°。

如圖3(a)所示，本發(fā)明提供的這種熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖由橢圓環(huán)形纖芯1、橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的圓形應(yīng)力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個(gè)圓形應(yīng)力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，橢圓內(nèi)環(huán)和外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖3(b)為該熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)長(zhǎng)半軸a_y、短半軸a_x大小和外環(huán)長(zhǎng)半軸b_y、短半軸b_x大小，兩個(gè)圓形應(yīng)力區(qū)2半徑r₁，圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離d₂，橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁和圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸a_x、橢圓環(huán)形纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁四個(gè)變量確定橢圓環(huán)形纖芯1的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描圓形應(yīng)力區(qū)2半徑r₁、圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離d₂、圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB三個(gè)變量確定圓形應(yīng)力區(qū)2的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對(duì)這種熊貓型橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖模式數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，橢圓環(huán)形纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達(dá)到且比較成熟的橢圓環(huán)形纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過(guò)2.5％。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。圓形應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應(yīng)力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過(guò)33％。圓形應(yīng)力區(qū)2邊界與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間距離掃描范圍d₂可以取1～3μm，d₂過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小雙折射效應(yīng)。圓形應(yīng)力區(qū)2半徑掃描范圍可以取10～25μm。

如圖4(a)所示，本發(fā)明提供的這種領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖由橢圓環(huán)形纖芯1、橢圓環(huán)形纖芯短軸兩側(cè)對(duì)稱(chēng)分布的扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2和圓形包層3三部分組成。橢圓纖芯1區(qū)域采用摻雜二氧化鍺的二氧化硅材料，兩個(gè)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2采用摻雜五氧化二硼的二氧化硅材料，橢圓內(nèi)環(huán)和外圍包層3采用純二氧化硅材料。圖4(b)為該領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖沿x方向的材料折射率分布圖。圖中為階躍折射率分布，也可以采用漸變折射率分布。該光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)包括橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)長(zhǎng)半軸a_y、短半軸a_x大小和外環(huán)長(zhǎng)半軸b_y、短半軸b_x大小，兩個(gè)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)外環(huán)半徑r₁和r₂，扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離為d₂，扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角θ，橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁和扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁(d₁＝b_x-a_x)。包層3為純二氧化硅材料，其半徑b取62.5μm。全矢量有限元分析方法中，先掃描橢圓環(huán)形纖芯1折射率n₁、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸a_x、橢圓環(huán)形纖芯1橢圓率e(e＝a_y/a_x)、橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸相差d₁四個(gè)變量確定橢圓環(huán)形纖芯1的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)決定了光纖中支持的本征模通道數(shù)目。再掃描扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2外環(huán)半徑r₂、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離d₂、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角θ、扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比molB四個(gè)變量確定扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)主要影響光纖中本征模有效折射率差。依據(jù)對(duì)這種領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖本征模通道數(shù)目和模式有效折射率差的要求，可以找到滿足要求的光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)。其中，橢圓環(huán)形纖芯1折射率越大，光纖中可以支持的完全分離的本征模式數(shù)目越多，但目前工藝能夠達(dá)到且比較成熟的橢圓環(huán)形纖芯1折射率與包層折射率差一般不超過(guò)2.5％。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)環(huán)短半軸掃描范圍可以取1～5μm。橢圓率掃描范圍可以取1～4。橢圓環(huán)形纖芯1內(nèi)外環(huán)短半軸寬度掃描范圍可以取1～5μm。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2摻硼摩爾百分比越大，應(yīng)力雙折射越大，光纖中本征模式間有效折射率差越大，但目前工藝上摻硼摩爾百分比一般不超過(guò)33％。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2內(nèi)環(huán)與橢圓環(huán)形纖芯1外環(huán)間最近距離d₂掃描范圍可以取1～3μm，d₂過(guò)大或過(guò)小都會(huì)減小雙折射效應(yīng)。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2外環(huán)半徑掃描范圍可以取40～55μm。扇環(huán)應(yīng)力區(qū)2夾角掃描范圍可以取90°～150°。

對(duì)于本發(fā)明用到的熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖，橢圓短半軸為5.2μm，長(zhǎng)半軸為7.8μm，對(duì)應(yīng)橢圓率為1.5。兩個(gè)圓形應(yīng)力區(qū)半徑為20μm，圓形應(yīng)力區(qū)邊界與橢圓纖芯邊界間距離為2.5μm。包層半徑為62.5μm。橢圓纖芯區(qū)域和包層折射率差為2.5％，應(yīng)力區(qū)摻硼摩爾百分比為30％。

對(duì)這個(gè)熊貓型橢圓纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)的模擬仿真結(jié)果如圖5和圖6所示。仿真波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，光纖中共支持35個(gè)本征模式。圖5為這35個(gè)本征模式的有效折射率。圖6為這35個(gè)本征模式間相鄰本征模式有效折射率差，任意兩個(gè)本征模式間有效折射率差皆大于1.62×10^-4，即實(shí)現(xiàn)了35個(gè)本征模式的有效完全分離和退簡(jiǎn)并。

對(duì)于本發(fā)明用到的領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖，橢圓環(huán)形纖芯內(nèi)外環(huán)兩個(gè)橢圓短半軸分別為1.4μm和5.6μm，長(zhǎng)半軸分別為2.8μm和11.2μm，對(duì)應(yīng)橢圓率為2。兩個(gè)扇環(huán)應(yīng)力區(qū)內(nèi)外半徑分別為9.47μm和50μm，扇環(huán)夾角為120°。包層半徑為62.5μm。橢圓環(huán)形區(qū)域和包層折射率差為2.5％，應(yīng)力區(qū)摻硼摩爾百分比為30％。

對(duì)這個(gè)領(lǐng)結(jié)型(蝴蝶型)橢圓環(huán)形纖芯退簡(jiǎn)并多模光纖結(jié)構(gòu)的模擬仿真結(jié)果如圖7和圖8所示。仿真波長(zhǎng)為1550nm時(shí)，光纖中共支持53個(gè)本征模式。圖5為這53個(gè)本征模式的有效折射率。圖6為這53個(gè)本征模式間相鄰本征模式有效折射率差，任意兩個(gè)本征模式間有效折射率差皆大于1.59×10^-4，即實(shí)現(xiàn)了53個(gè)本征模式的有效完全分離和退簡(jiǎn)并。

本發(fā)明不僅局限于上述具體實(shí)施方式，本領(lǐng)域一般技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容，可以采用其它多種具體實(shí)施方式實(shí)施本發(fā)明，比如纖芯外側(cè)添加輔助低折射率溝道(Trench)結(jié)構(gòu)等，因此，凡是采用本發(fā)明的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和思路，做一些簡(jiǎn)單的變化或更改的設(shè)計(jì)，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。