一种多层纤芯可控的多芯光纤的制作方法

本发明涉及光纤通信技术领域，尤其涉及一种多层纤芯可控的多芯光纤。

背景技术：

近年来，随着超清视频、云计算和5g等业务的蓬勃发展，网络带宽需求的增长日益加速。随着400gbit/s和1tbit/s等超100gbit/s高速光传输技术的演进和发展，通过提高电信号波特率，引入高阶调制格式，例如正交幅度调制以及扩展光纤c+l波段传输窗口等方式，可以进一步提高单纤传输容量。但是，单芯光纤的传输容量正在迅速趋近其物理极限，未来数年内，光网络传输能力的增长乏力与互联网业务的带宽饥渴之间的矛盾将导致带宽危机，这已经成为光通信业界亟待解决的一个重要问题。而基于空分复用的多芯光纤(multi-corefiber，mcf)可在不增加光缆铺设空间和费用的情况下实现对光纤的扩容，能很好地克服单模光纤传输容量的限制。同时，通过改进调制格式和增大光纤的有效面积还能进一步提高多芯光纤的传输容量，这将对未来的光传输系统产生巨大影响。

多芯光纤，指同一包层中容纳多个纤芯的光纤，通过多个纤芯传播光信号。最新的研究结果显示，多芯光纤已经在光纤通信以及光网络领域中扮演着重要的角色。在传输领域，基于双环形纤芯结构的31km长度的22芯多芯光纤实现了2.15pbit/s的系统传输容量；基于单环纤芯结构的46km长度的12芯多芯光纤实现了105tbit/s容量光信号最远26圈共计14350km传输。此外，多芯光纤还可用于大容量通信网所需高性能激光器、放大器、耦合器等重要光电子器件的研制。因此，多芯光纤的研究和制作在未来大容量通信系统的发展中将具有举足轻重的地位。

芯间串扰，是指在多芯光纤中相邻信道之间光信号的交叉干扰，是限制多芯光纤传输容量的最主要因素。为了抑制芯间串扰，研究者们设计了多种特殊的光纤结构，它们主要有：沟槽辅助型、空气孔辅助型结构等。其中，沟槽辅助型多芯光纤采用在每个纤芯周围环绕一层低折射率环，从而限制能量的扩散。而空气孔辅助结构则是利用空气孔的方式，实现比沟槽结构更强的光场限制能力。但是，新结构的加入使得多芯光纤制作难度大幅度增加，在有限包层内容纳多个纤芯的设计已经加大了制作成本，若继续在多芯光纤中嵌入其他结构将会影响多芯光纤的设计传输性能。同时，由于沟槽或空气孔结构的嵌入，不仅会增加多芯光纤与普通单模光纤之间的熔接损耗，也会增加接收端解复用程序的复杂度。

因此，急需设计一种无需其他辅助型结构的，具有低芯间串扰的多芯光纤，并拥有大量空间信道，以满足空分复用系统对多芯光纤的传输容量需求。

技术实现要素：

为克服现有技术中的存在多芯光纤制作难度大、芯间串扰大的问题，提出了一种多层纤芯可控的多芯光纤，其特征在于：包括纤芯和包层，所述纤芯镶嵌在包层内，且每个纤芯内均设有多层结构，相对包层的折射率差为△n，其中n为正整数，以及芯层不同的厚度为am，其中m为正整数，所述多芯光纤包括t层纤芯，其中t为正整数，所述包层切面上设有光纤集束结构，且光纤集束结构上设有若干与纤芯直径相适配的孔，所述光纤集束结构的直径与包层的直径相同。

作为优选的，所述纤芯数量至少为一个，且纤芯的层数至少为两层。

通过采用上述技术方案，多芯光纤内至少设有一个芯棒，能够减少工作量，通过集束器将芯棒固定安装好，对于芯棒的层数而言，采用至少两层的结构，通过每层相对于包层的折射率之间的差值，从而有利于减少多层纤芯可控的多芯光纤的芯间串扰。

作为优选的，各个纤芯以任意形式的中心对称格式排列，排列形式为密集对称型、单环型、双环型和四边型中的一种。

通过采用上述技术方案，各纤芯以任意形式的中心对称位置在包层内进行排布，保证多芯芯棒在后续的生产过程中正常实施，保证芯棒在包层内部结构的稳定，同时这个结构也为多芯芯棒后续加工过程提供了基础，保证内部芯棒的结构稳定。

作为优选的，所述纤芯相邻之间互不接触，且纤芯在包层内均匀的分布，且对于纤芯中的芯层之间连接处为真空结构。

通过采用上述技术方案，纤芯之间不产生接触，且在包层中分布均匀，且对于纤芯中的芯层之间采用真空结构的设计，保证了纤芯中芯层之间采用真空连接，具有很好的连接紧密性。

作为优选的，所述纤芯的外径相同，且相邻的两个纤芯之间的层数不同，则相邻两个纤芯内层芯棒的直径不同。

通过采用上述技术方案，每个纤芯具有相同的外部尺寸，在包层内的分布又均匀，所以在制作过程中可以制备相同的外部芯层，方便批量生产，提高生产效率。

作为优选的，所述不同的相对包层的折射率差为△n，其中n为正整数，且其中△n随n的增加而增加。

通过采用上述技术方案，折射率差随着芯层数目的增加而增加，随着芯层数目的增加其相对包层的折射率差也越大，具有更好的芯间抗干扰能力。

作为优选的，所述各层纤芯具有的不同厚度am且均小于包层的厚度，且每个纤芯对应层数的厚度一致。

通过采用上述技术方案，纤芯中各纤层的厚度am均小于包层的厚度，能够让包层稳定的包裹内部的纤芯，每个纤芯对应数目的芯层之间对应的层厚度相等。

作为优选的，所述包层折射率范围为1-5之间。

通过采用上述技术方案，包层的折射率具有一个较大范围，能够与纤芯中的多层芯层中产生折射率差值，在芯层不断增加的过程中能够提供一个稳定变化的折射率差值，确保芯棒更好的抗干扰能力。

作为优选的，所述包层直径的范围在1nm至500um之间。

通过采用上述技术方案，包层的直径在一个较大范围内变化，而包层直径为较小的尺寸，能够适应内部设有纤芯的数量。

作为优选的，所述纤芯的层与层连接处设有间隙，且间隙内均为真空。

通过采用上述技术方案，纤芯的层与层之间紧密连接，通常采用整体的连接方式，层与层之间连接紧密，在层与层之间产生空隙的地方，将其抽成真空部分，保证气体连接的。

本发明仅采用具有不同层数的纤芯结构实现比其他嵌入辅助型结构更好的芯间串扰抑制能力。此外，该光纤还具有大量的传输信道，相对简单的芯区结构设计。纤芯排列方式可根据实际需要调整，避免了多芯光纤制作过程中位置对准的困难。同时，因为无特殊包层结构，该光纤与普通单模光纤的熔接损耗更小且便于拉制成纤，可广泛应用于空分复用光纤传输系统等领域，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1是一种多层纤芯可控的多芯光纤横截面示意图；

图2是一种多层纤芯可控的多芯光纤中任一纤芯示意图。

附图标记：图1中的标记如下：100、第1层纤芯；200、第2层纤芯；300、第3层纤芯；400、第4层纤芯；01、包层。

图2中的标记如下：100、第1层纤芯；200、第2层纤芯；300、第3层纤芯；110、第1层纤芯厚度；210、第2层纤芯厚度；310、第3层纤芯厚度。

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。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。

实施例1

如图1和2所示：一种多层纤芯可控的多芯光纤，其特征在于：包括纤芯和包层01，纤芯镶嵌在包层01内，且每个纤芯内均设有多层结构，相对包层01的折射率差为△n，其中n取1、2、3、4，以及芯层不同的厚度为am，其中m取1、2、3，包括第1层纤芯100厚度、第2层纤芯厚度210和第3层纤芯300厚度，多芯光纤包括t层纤芯，其中t取4，包括第1层纤芯100、第2层纤芯200、第3层纤芯300和第4层纤芯400；包层01切面上设有光纤集束结构，且光纤集束结构上设有若干与纤芯直径相适配的孔，光纤集束结构的直径与包层01的直径相同。

如图1和2所示：纤芯数量至少为一个，且纤芯的层数至少为两层。多芯光纤内至少设有一个芯棒，能够减少工作量，通过集束器将芯棒固定安装好，对于芯棒的层数而言，采用至少两层的结构，通过每层相对于包层01的折射率之间的差值，从而有利于减少多层纤芯可控的多芯光纤的芯间串扰。

如图1和2所示：各个纤芯以任意形式的中心对称格式排列，排列形式为密集对称型、单环型、双环型和四边型中的一种。各纤芯以任意形式的中心对称位置在包层01内进行排布，保证多芯芯棒在后续的生产过程中正常实施，保证芯棒在包层01内部结构的稳定，同时这个结构也为多芯芯棒后续加工过程提供了基础，保证内部芯棒的结构稳定。

如图1和2所示：纤芯相邻之间互不接触，且纤芯在包层01内均匀的分布，且对于纤芯中的芯层之间连接处为真空结构。纤芯之间不产生接触，且在包层01中分布均匀，且对于纤芯中的芯层之间采用真空结构的设计，保证了纤芯中芯层之间采用真空连接，具有很好的连接紧密性。

如图1和2所示：纤芯的外径相同，且相邻的两个纤芯之间的层数不同，则相邻两个纤芯内层芯棒的直径不同。每个纤芯具有相同的外部尺寸，在包层01内的分布又均匀，所以在制作过程中可以制备相同的外部芯层，方便批量生产，提高生产效率。

实施例2

如图1和2所示：一种多层纤芯可控的多芯光纤，其特征在于：包括纤芯和包层01，纤芯镶嵌在包层01内，且每个纤芯内均设有多层结构，相对包层01的折射率差为△n，其中n取1、2、3、4，以及芯层不同的厚度为am，其中m取1、2、3，包括第1层纤芯100厚度、第2层纤芯厚度210和第3层纤芯300厚度，多芯光纤包括t层纤芯，其中t取4，包括第1层纤芯100、第2层纤芯200、第3层纤芯300和第4层纤芯400；包层01切面上设有光纤集束结构，且光纤集束结构上设有若干与纤芯直径相适配的孔，光纤集束结构的直径与包层01的直径相同。

如图1和2所示：不同的相对包层01的折射率差为△n，其中n为正整数，且其中△n随n的增加而增加。折射率差随着芯层数目的增加而增加，随着芯层数目的增加其相对包层01的折射率差也越大，具有更好的芯间抗干扰能力。

如图1和2所示：各层纤芯具有的不同厚度am且均小于包层01的厚度，且每个纤芯对应层数的厚度一致。纤芯中各纤层的厚度am均小于包层01的厚度，能够让包层01稳定的包裹内部的纤芯，每个纤芯对应数目的芯层之间对应的层厚度相等。

如图1和2所示：包层01折射率范围为1-5之间。包层01的折射率具有一个较大范围，能够与纤芯中的多层芯层中产生折射率差值，在芯层不断增加的过程中能够提供一个稳定变化的折射率差值，确保芯棒更好的抗干扰能力。

如图1和2所示：包层01直径的范围在1nm至500um之间。包层01的直径在一个较大范围内变化，而包层01直径为较小的尺寸，能够适应内部设有纤芯的数量。

如图1和2所示：纤芯的层与层连接处设有间隙，且间隙内均为真空。纤芯的层与层之间紧密连接，通常采用整体的连接方式，层与层之间连接紧密，在层与层之间产生空隙的地方，将其抽成真空部分，保证气体连接的。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。