一种适用于6G通信的涡旋集成复用/解复用光纤

一种适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤
技术领域
1.本发明涉及6g频段的太赫兹轨道角动量通信技术领域，具体涉及一种适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤。


背景技术：

2.随着信息产业的发展，对大容量、高密度数据传输的需求也随之出现，目前的光通信技术还无法满足。在6g通信中，通信频段在太赫兹波段。传统的光通信复用资源，如振幅、相位、偏振、波分复用等将在不久的将来饱和。为了解决这个问题，在光通信中引入模式复用成为了研究热点。光学涡旋是具有固有轨道角动量的模式。轨道角动量模式本质上是相互正交的，可以大幅度增加通信的容量。在过去的十年中，轨道角动量发展引起了广泛地关注。轨道角动量复用通信的两种主要方案为：自由空间和光纤通信。
3.基于自由空间的轨道角动量多路复用技术适用于具有弱大气湍流的应用，如外太空卫星间通信。基于光纤的轨道角动量复用技术适用于复杂环境下的短距离通信，如未来的数据中心内通信。在这些设施中，基于光纤的轨道角动量通信系统在湍流大气中比自由空间的轨道角动量通信具有更好的稳定性。然而，缺乏紧凑、高效的轨道角动量复用/解复用设备是轨道角动量光纤通信实际应用的一大障碍。
4.涡旋光纤可以将普通高斯模式太赫兹波约束在光纤波导中沿螺旋通道传输，从而直接转换成涡旋模式，在涡旋太赫兹波产生的同时实现整形。并且，涡旋光纤具有损耗低，稳定性好，产生的涡旋光束质量高等优点，在未来基于光纤的6g太赫兹大容量轨道角动量通信中具有很大的发展前景。


技术实现要素：

5.本发明旨在提供一种适用于6g通信频段的涡旋光纤来集成轨道角动量的复用/解复用，具体提供了一种适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤。
6.所述的适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其基本结构由纤芯、包层和两个微桥组成。其中，包层是周期性结构，由以纤芯为中心的光敏树脂层和空气层交替排布而成；纤芯主要由涡旋纤芯和空气纤芯组成；涡旋纤芯由以围绕光纤中轴线呈螺旋状分布的空气孔和光敏树脂包层构成；微桥对称分布于纤芯两侧。
7.所述的纤芯位于光纤横截面的中心，被包层包围。所述的涡旋纤芯位于光纤纤芯内，对称分布在光纤纤芯的左右两侧。所述的涡旋纤芯的螺旋空气孔在光纤横截面圆周阵列排布，一侧的涡旋纤芯的螺旋空气孔的螺旋方向呈逆时针，另一侧的螺旋方向呈顺时针。不同螺旋方向的涡旋光纤产生不同拓扑荷数的涡旋光束，从而完成模式的复用/解复用。所述的空气纤芯在光纤纤芯内连接相邻的涡旋纤芯。
8.所述的包层为周期性结构，由圆形的光敏树脂层和圆形的空气层交替排列组成，即一层光敏树脂层和一层空气层这样交替排列在纤芯周围。
9.所述的微桥对称分布在光纤纤芯径向方向两侧，连接光纤包层。
10.本发明具备以下优点：
11.1、包层采用周期性结构，可以保证太赫兹波在光纤中进行低损耗的单模传输。
12.2、涡旋纤芯可以产生具有轨道角动量的涡旋光束，将能产生不同拓扑荷数涡旋光束的涡旋纤芯排列在光纤纤芯两端，易于轨道角动量的复用/解复用。
13.3、包层之间用微桥相连接，易于使用3d打印技术制备出本发明所用的太赫兹涡旋光纤。
14.4、本发明可以通过涡旋光纤来集成轨道角动量的复用/解复用，因此，在未来基于光纤的6g太赫兹大容量轨道角动量通信中具有很大的发展前景。
附图说明
15.图1是适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤整体示意图。
16.图2是适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤横截面示意图。
17.图3是适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤内部结构示意图。
18.图4是涡旋纤芯的局部示意图。
19.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0020]1‑
空气层；2
‑
光敏树脂层；3
‑
微桥；4
‑
涡旋纤芯的螺旋空气孔；5
‑
涡旋纤芯的包层；6
‑
空心纤芯。
具体实施方式
[0021]
下面结合附图对本发明进行详细的描述。
[0022]
所述的适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其基本结构由纤芯、包层和两个微桥组成，其中，包层是周期性结构，由以纤芯为中心的光敏树脂层和空气层交替排布而成，纤芯主要由涡旋纤芯和空气纤芯组成，涡旋纤芯由以围绕光纤中轴线呈螺旋状分布的空气孔和光敏树脂包层构成，微桥对称分布于纤芯两侧。
[0023]
所述的纤芯位于光纤横截面的中心，被包层包围；所述的涡旋纤芯有4个，位于光纤纤芯内，对称分布在光纤纤芯的左右两侧，每侧2个涡旋纤芯间隔5mm。所述的涡旋纤芯的螺旋空气孔有6个，在光纤横截面圆周阵列排布，一侧的涡旋纤芯的螺旋空气孔的螺旋方向呈逆时针，另一侧的螺旋方向呈顺时针。所述的空气纤芯在纤芯内连接相邻的涡旋纤芯。
[0024]
纤芯的直径和空气纤芯的直径均为9mm，涡旋纤芯高度为10mm，螺旋空气孔直径为2mm，涡旋光纤螺旋空气孔圆周阵列的直径为6mm。
[0025]
光纤总长度为100mm。
[0026]
所述的包层为周期性结构，由圆形的光敏树脂层和圆形的空气层交替排列组成，即一层光敏树脂层和一层空气层这样交替排列在纤芯周围。光敏树脂层有4层，空气层有3层。空气层的厚度为4mm，光敏树脂层的厚度为1mm，最外层光敏树脂层的厚度为5mm。光敏树脂层厚度比空气层厚度薄，这不仅可以节约制作材料，还可以更好的使光在纤芯中进行低损耗的单模传输。
[0027]
所述的微桥对称分布在光纤纤芯径向方向两侧，连接光纤包层。微桥的厚度为0.92mm。
[0028]
太赫兹波从光纤纤芯一侧入射，进入涡旋纤芯后，将高斯光束转换成为多个不同
拓扑荷数的涡旋光束。在同轴传输后，进入另一端的涡旋纤芯后，这些涡旋光束被转换回类高斯光束。
[0029]
本发明使用3d打印机制备，采用光固化成型技术，采用的成型材料为光敏树脂，此材料在0.14thz时的折射率为1.679。


技术特征：
1.一种适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其基本结构为：其基本结构由纤芯、包层和两个微桥组成，其中，包层是周期性结构，由以纤芯为中心的光敏树脂层和空气层交替排布而成，纤芯主要由涡旋纤芯和空气纤芯组成，涡旋纤芯由以围绕光纤中轴线呈螺旋状分布的空气孔和光敏树脂包层构成，微桥对称分布于纤芯两侧。2.根据权利要求1所述的适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其特征在于，所述的纤芯位于光纤横截面的中心，被包层包围；所述的涡旋纤芯位于光纤纤芯内，对称分布在光纤纤芯的左右两侧；所述的涡旋纤芯的螺旋状空气孔在光纤横截面圆周阵列排布，一侧的涡旋纤芯的螺旋空气孔的螺旋方向呈逆时针，另一侧的螺旋方向呈顺时针；所述的空气纤芯在纤芯内连接相邻的涡旋纤芯。3.根据权利要求1所述的适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其特征在于，所述的包层为周期性结构，由圆形的光敏树脂层和圆形的空气层交替排列组成。4.根据权利要求1所述的适用于6g通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其特征在于，所述的微桥对称分布在光纤纤芯径向方向两侧，连接光纤包层。

技术总结
本发明公开了一种适用于6G通信的涡旋集成复用/解复用光纤，其基本结构由纤芯、包层和两个微桥组成。其中，包层是周期性结构，由以纤芯为中心的光敏树脂层和空气层交替排布而成。纤芯主要由涡旋纤芯和空气纤芯组成。涡旋纤芯由以围绕光纤中轴线呈螺旋状分布的空气孔和光敏树脂包层构成。不同螺旋方向的涡旋纤芯对称分布在光纤纤芯左右两侧。微桥对称分布于纤芯两侧。本发明可以通过涡旋光纤来集成轨道角动量的复用/解复用。因此，在未来基于光纤的6G太赫兹大容量轨道角动量通信中具有很大的发展前景。展前景。展前景。


技术研发人员：石嘉 苏梦雅 徐伟 田琳琳 高寒 丁艺允 王敏
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/9/9