多芯光纤调研

（-er）技术F介绍光纤通信技术经历了m波段，m，1550nm着5G的逐步广泛部署全球向数字化经济和智能化社会发展要求传输系统容量及单比特成本需要持续的优化系统容量及单比特传输成本继续优化的需求与现有海缆技术难以实现的矛盾越来越突出迫切需要新的技术突破来支撑未来的持续演进而F技术为高速率、大容量、低成本的系统传输提供了可能。F是多个纤芯在同一个包层区中的结构可根据不同的纤芯种类距离等参数设计不同芯数不同结构的多芯光纤，满足通信系统的需求。可根据纤芯的相互接近程度不同，主要分成两种功能。其一是纤芯间隔大即低耦合的结构参数设计不同芯数不同结构的多芯光纤，满足通信系统的需求。可根据纤芯的相互接近程度不同，主要分成两种功能。其一是纤芯间隔大即低耦合的结构其二是使纤芯之间的距离靠近能产生光波耦合作用利用此原理正在开发双纤芯的敏感器或光回路器件。两种结构目前国内外均有相关研究。低耦合F的纤芯间耦合较弱多芯光纤的多个纤芯可作相对独立的信道，传输不同的光信息。耦合系数一般小于0.01m，芯距>30μm图1：传输不同的光信息。耦合系数一般小于0.01m，芯距>30μm图1：用高耦合多芯光纤耦合系数一般大于0.1m芯距小于30μm图2：另一种多芯光纤是指纤芯之间的距离靠的很近另一种多芯光纤是指纤芯之间的距离靠的很近纤芯间能产生强光波耦合作图图2合F由于F定的不同。制造流程图如图3：图3定的不同。制造流程图如图3：与传统光纤相比，增加了玻璃棒的钻孔技术。玻璃棒钻孔技术主要有四种:预制棒一般打孔采用机械打孔和超声波打孔但超声波打孔的效率较低设备技术复杂不利于批量生产机械打孔会在玻璃表面产生微裂纹但可经过光纤制备工艺优化微裂纹可愈合不会产生较大的影响企业多采用机械打孔制造多芯光纤预制棒。F的国内外现状多芯单模光纤的概念早在1994司设计和开发了4多芯单模光纤的概念早在1994司设计和开发了4了100与传统单模光纤相比光缆密度提升了很多倍初步证明了多芯光纤的制造成本和开发密度集度大的光缆平衡的难题且日本试验室也研制了7芯光纤体现了光纤朝向超高速、超大容量的发展趋势。相对于国外对多芯光纤的研究国内各大实验室也在加强研究北邮哈工大武汉邮科院等研究机构均在做多芯光纤的课题并已实现单模光纤与多模光纤的耦合但由于目前没有过多的市场需求多芯光纤还未实现大量的制造与应用，还大都处于实验室研究阶段。2.1康宁公司目前康宁公司认为市场上对于多芯光纤的需求尚未明确所以对于多芯光纤的研究还从处于实验室阶段并未对外公布关于多芯光纤的相应参数规格等息。2S公司S公司目前未考虑对多芯光纤的规划。2.3住友公司在2芯和42芯的多芯光纤计划优先量产并商用，预计会在2023而4芯光纤预计会到2025年具体的开发计划还要依据市场对多芯光纤的需求走向。2.4长飞公司长飞公司作为国内光纤行业的领头企业也对多芯光纤进行了研究且截止目前已在公司官网上推出了止目前已在公司官网上推出了7芯光纤的具体参数以及耦合连接的相关参数预示着多芯光纤技术已成熟，并实现了产业化。F的关键技术难点3.1抑制纤芯串扰技术由于多芯光纤的纤芯密度大即使是低耦合的多芯光纤在用于长距离的传输时也会由于纤芯串扰制约传输的效率3.1抑制纤芯串扰技术由于多芯光纤的纤芯密度大即使是低耦合的多芯光纤在用于长距离的传输时也会由于纤芯串扰制约传输的效率当串扰较大时光纤传输的距离也会受到限制且在接收信号断信号受损严重难以恢复影响通信的质量经研究当纤芯串扰值低-30dB/100km（O）数字信号处理DSP）来恢复信号，可满足大容量大长度光纤传输系统的需求因此降低芯间串扰是多芯光纤在大容量高速率大长度传输系统应用需解决的重要问题。1阶跃型F（pxeier，SF）主流为7芯中心芯与外层芯芯径可相同可不同外层芯径一样也存在奇数芯与偶数芯芯径有区别的情况芯距相同可通过移动截止波长以增大有效面积，并保持低的宏弯损耗和低的串扰。3.1.2辅助型F的截面图及直射率分布：通过移动截止波长增大有效面积保持低的宏弯损耗和低的串扰通过增加芯包层的折射率差增大截止波长可减少宏弯损耗有文献记载将三种不同有效的3.1.2辅助型F的截面图及直射率分布：沟槽辅助型沟槽辅助型（h-dier，-F）沟槽辅助型F是通过在每个纤芯的周围分布实心的低折射率优化沟槽。该结构的F在同样的模场直径芯间距和截止波长下串扰比S（阶跃型多芯光纤）低20d，且在同样的模场直径下有更小的弯曲损耗。下图为沟槽同时串扰随着纤芯到纤芯距离的增加而线性减小并且沟槽辅助结构相对于阶跃折射率结构的串扰减少量与纤芯到纤芯距离无关。3异构F（ss）异构F的结构示意图见下图：这是已经报道的具有30个纤芯的异构Fa）和（b制造的具有异质芯排列的30芯光纤的示意性结构和截面图。纤维结构基于具有37（S中心纤芯也被除去因为不可避免地由于沟槽辅助结构而导致中心纤芯的截止波（f相邻纤芯产生异构关系。纤芯1、2和3扰而纤芯4具有没有沟槽层的阶梯形折射率分布以避免包围的内芯的截止波长变长。借助沟槽辅助核心。孔助型孔助型F（e-dier，A-F）在纤芯四周的包层中安排多圈空气孔在纤芯四周的包层中安排多圈空气孔使光纤具有较高的折射率差而显著减小弯曲损耗，弯曲损耗随着孔直径的增加而按指数规律减小。5传播方向交织技术（PDI）小弯曲损耗，弯曲损耗随着孔直径的增加而按指数规律减小。随着光纤长度的增加PDI限制。3.2MCF熔接技术光纤的长度一般在几十公里而海底通信系统的长度一般都要达到几千公甚至上万公里因此系统中必然存在光纤熔接的情况常规光纤的熔接技术已经相当成熟熔接点的损耗基本可达到±m以下但对MCF而言目前的熔接技术还处于手工熔接成功的概率较低且产生的损耗较大故多纤芯同时熔接技术还有待提高及研究。1利于MCF为实现多纤芯同时实现低损耗熔接，有文献说明，研制出多种形状的MCF，具体结构如下图：以上四种结构的MCF都存在两个特点，一是光纤截面均存在一个水平的截面相比于圆形结构的光纤可更好的固定光纤的位置保持不变二是纤芯均对称式分布可减少对接时的旋转操作通过将光纤外结构的变化可更好的定熔接时光纤的位置，提高熔接对接的角度，实现有效低损耗的多芯熔接。2保偏光纤熔接多芯光纤需要各芯间精确对准需要采用旋转装置可使用保偏光纤熔接机完成。为了实现多芯光纤的准确连接也出现了对称结构的多芯光纤通过依据偏振保持光纤熔接时中间的两偏振保持光纤的偏振主轴必须对齐的原理实现保中心偏振中轴对齐，来保证其他纤芯实现对齐。3多芯光纤耦合多芯光纤在系统中应用时首末端需要与对应的多根单模光纤耦合在一起现最终的系统应用目前主要采用的技术是采用锥形多芯光纤耦合器将多根单模光纤熔锥在一起，匹配MCF的芯空间。多芯光纤耦合器包括套管和单模式光纤单模式光纤嵌套在套管中且套管端被拉锥套管拉锥的一端用于与多芯光纤熔接未拉锥一端中的每根单模式光纤分别与对应的标准单模光纤熔接。耦合分离芯的低串音和低损耗光纤器件对平行传输F很重要，可使用锥形F耦合（TMC目前存在7芯多模和单模的TM其插损在之间，串音低-38d。拉锥的方式主要有两种，一种是物理方式，将多个单模光纤拉锥的方式主要有两种，一种是物理方式，将多个单模光纤4总结多芯光纤的实现可大幅提升光纤的容量，实现超大容量、超高速率的传输但系统容量的增加也会带来其他影响多芯光