光纤型多孔石英器件

本发明涉及光纤通信领域的一种用于光纤型器件的四孔石英玻璃管，尤其涉石英玻璃管的设计方法。

背景技术：

1、为了便于理解，本发明涉及的专业术语如下：

2、smf：单模光纤(single mode fiber)。

3、mcf：多芯光纤(multicore fiber)。

4、fmf：少模光纤(few mode fiber)

5、mdm：模分复用(mode division multiplexing)。

6、qam:正交振幅调制(quadratureamplitude modulation)。

7、qpsk:正交相移键控(quadrature phase shift keying)。

8、mimo:多输入多输出(multiple-input multiple-out-put)。

9、fifo：扇入扇出(fan in/fan out)。

10、香农极限(shannon limit)：通信信道的香农极限或香农容量(shannoncapacity)是针对特定噪声水平的信道的理论最大信息传输速率。著名的香农定理用公式给出:c＝b×log2(1+s/n)，其中c是可得到的链路速度(信道容量)，b是链路的带宽，s是平均信号功率，n是平均噪声功率，信噪比(s/n)通常用分贝(db)表示，分贝数＝10×lg(s/n)。

11、从光纤通信容量发展趋势来看，基于目前广泛采用的波分复用(wdm)及各种高级调制技术(qam、qpsk等)，现有光纤通信系统已经逼近并很快将达到标准单模光纤(smf)传输容量的香农极限。5g(第5代移动通信)使用的低频频段，主要是通过多输入与多输出技术(mimo)，非正交复用技术(noma)来提升信道的容量。到了6g阶段，由于5g技术已经逼近“香农极限”，所以会采取提升信道带宽的方式，而信道的带宽核心在于“信息承载的媒质—光纤材料”。5g传输的数据爆炸式增长，6g面临许多新的传输难题，如何突破传输容量瓶颈已迫在眉睫。

12、多芯光纤(multi-core fiber)是一种特殊类型的光纤，与传统的单芯光纤不同，它在一个包层中包含多个纤芯。每个纤芯都是一个独立的传输通道，可以传送独立的光信号。多芯光纤可以同时传输多个信号，使得光纤的传输能力大大增强。传统的单芯光纤在长距离传输中存在一些限制，因为光信号在传输过程中会遇到信号衰减和色散等问题。而多芯光纤通过在同一根光纤中使用多个独立的光学纤芯，克服了这些限制，

13、大大增加传输容量。具有较高的网络灵活性：可以用于构建更加灵活的光通信网络，支持更多的连接方式和拓扑结构。节省了空间和成本：相比于使用多根单芯光纤，多芯光纤可以在同一根光纤中实现多个通道的传输，从而节省了空间和光纤铺设成本。

14、多芯光纤扇入扇出是专门用于多芯光纤各个纤芯的光输入和光输出，称为扇入或扇出，扇出器件通常为成对拉制，插损和回损都要成对测试，再根据用户需要的长度、套管类型、接头类型进行裁剪和加工；扇出器件一端为多芯光纤，另一端为单模光纤，可根据用户使用的多芯光纤类型进行定制，纤芯数量可支持2～22个。

15、多芯光纤的应用包括高容量数据传输、数据中心互连、分布式传感和光网络等领域。随着通信技术的不断发展，多芯光纤有望在未来的光通信领域发挥越来越重要的作用。

16、少模光纤是一种具有较少的传播模式的光纤。少模光纤允许几种不同的传播模式存在，这使得它具有一些独特的性能优势。其中，最常见的少模光纤传播模式包括基本传播模式(lp01)、第一高阶传播模式(lp11)等。由于其较低的色散、更高的频率容限和更大的带宽，在高容量光通信系统中具有潜在的优势。此外，它还可以应用于一些需要对光信号进行复杂操控和调制的场景。

17、光子灯笼的实现是基于少模光纤的模式复用技术，以少模光纤中几个相互独立的正交模式作为独立的信道来成倍的提升光纤的通信容量。此外，少模光纤与单模光纤比，模场面积更大，因此非线性效应的容限也会相对提高。这样既提高了传输容量，又提高了香农极限，从而极大的提升了整个光纤通信系统的通信容量。

18、为此，科学家们开展了大量的研究。

19、中国专利cn113866882a提出了一种七芯扇入扇出器件，该扇入扇出器件通过熔融拉锥法可以实现七路扇入扇出，但使用的打孔石英玻璃管结构在使芯间距拉制到与多芯光纤匹配后需要很大的锥度比，会产生较大的拉锥损耗。

20、中国专利cn115542462a提出了一种扇入扇出器件，该扇入扇出器件通过化学腐蚀光纤包层后通过石英玻璃管组合制备完成，但采用普通的石英玻璃管难以在与多芯光纤对接时实现芯与芯的精确对准。

21、美国专利us202217648473a提出了一种四芯扇入扇出器件，该扇入扇出器件在把光纤装备到石英玻璃管时采用辅助单元实现对光纤位置的束缚与定位，但工艺难度较高，且没有增强器件的刚性以获取更好的可靠性与可切割能力。

技术实现思路

1、综上所述，现有报道的发明专利不能够很好地解决大容量空分复用光纤通信系统领域对空分复用器件的技术需求，本发明为解决下一代光纤通信系统模式复用技术的实用化重大需求，提出了一种用于光纤型器件的四孔石英玻璃管。本发明的目的是解决制备多芯光纤扇入扇出器件或光子灯笼时光纤难以获得规整排布的难题，以及降低制备完成的器件在切割与熔接上的困难。

2、本发明提供光纤型多孔石英器件，该石英玻璃管由一个石英玻璃管壁结构及多个圆孔单元构成。

3、一种光纤型多孔石英器件，包括石英玻璃管，从横截面看，玻璃管中央由多个孔单元两两相切组成一个中心对称的通孔。

4、一种方案是由四个圆孔单元组成通孔。该石英玻璃管的圆孔单元直径为dμm，d∈[40,240]；占空比为b，b∈[0.6,0.8]外径为dμm，内径长轴为l1μm，内径短轴为l2μm，

5、另一种方案由三个圆孔单元组成通孔，三个圆孔单元呈正三角形排布，且相互相切。

6、与现有技术相比，本发明的优点如下：

7、(1)本发明具有在制备扇入扇出器件或光子灯笼时使光纤规整排布的能力。

8、(2)本发明具有使制备完成的器件具有较强的刚性便于进行切割与熔接的优势。

9、(3)本发明具有结构简单，易于实现，便于规模化生产的优势。

技术特征：

1.一种光纤型多孔石英器件，包括石英玻璃管，其特征在于：从横截面看，玻璃管中央由多个孔单元两两相切组成一个中心对称的通孔。

2.根据权利要求1所述光纤型多孔石英器件，其特征在于：由四个圆孔单元组成通孔。

3.根据权利要2所述的光纤型多孔石英器件，其特征在于:该石英玻璃管的圆孔单元直径为dμm，d∈[40,240]；。

4.根据权利要求3所述的光纤型多孔石英器件，其特征在于:该石英玻璃管占空比为b，b∈[0.6,0.8]。

5.根据权利要求4所述的光纤型多孔石英器件，其特征在于:该石英玻璃管的外径为dμm，

6.根据权利要求4所述的光纤型多孔石英器件，其特征在于:该石英玻璃管的内径长轴为l1μm，

7.根据权利要求4所述的光纤型多孔石英器件，其特征在于:该石英玻璃管内径短轴为l2μm，

8.根据权利要求1所述光纤型多孔石英器件，其特征在于：由三个圆孔单元组成通孔，三个圆孔单元呈正三角形排布，且相互相切。

技术总结
本发明公开了一种光纤型多孔石英器件，包括一个石英玻璃管壁结构及多个圆孔单元，从横截面看，玻璃管中央由多个孔单元两两相切组成一个中心对称的通孔。本专利提出的石英玻璃管具有在制备扇入扇出器件或光子灯笼时使光纤规整排布的能力、以及使制备完成的器件具有较强的刚性便于进行切割与熔接这一优势，结构简单，易于实现，便于规模化生产。

技术研发人员：陈伟,张骏皓,熊仁丽,刘丹丹
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16