本技术提出一种折射率沟槽辅助的非简并少模光纤，可应用于模分复用等新一代信息。
背景技术：
1、随着各种通信业务突飞猛进的发展，传统的单模光纤受非线性香农极限的限制已难以满足更多通信业务的需求[ellis ad，zhao j，cotter d.approaching the non-linear shannon limit[j].journal of lightwave technology，2010，28(4):423-433]。基于少模光纤的模分复用技术成倍提高单模光纤的传输容量和频谱效率，成为当前光纤通信领域关注的热点。少模光纤作为光纤通信系统中信息的传输载体，如何提升光纤的传输性能，减小少模光纤的损耗和串扰是光传输技术中亟待解决的问题。
2、针对单模光纤容量存在极限问题，目前提出的传统圆芯少模光纤在不断地突破光纤的传输容量或频谱效率[weerdenburg j，ryf r，alvarado-zacarias j，et al.138-tb/smode-and wavelength-multiplexed transmission over six-mode graded-index fiber[j].journal of lightwave technology，2018，36:1369-1374；wakayama y，soma d，beppus.266.1-tbit/s transmission over 90.4-km 6-mode fiber with inline dual c+l-band 6-mode edfa[j].journal oflightwave technology，2019，37:404-410；beppu s，somad，sμmitas，et al.402.7-tb/s mdm-wdm transmission over weakly co upled 10-mode fiber using rate-adaptive ps-16qam signals[j].journal of lightwave technology，2020，38:2835-2841；rademacher g，puttnam b j，luís r s，et al.10.66peta-bit/s transmission over a 38-core-three-mode fiber.in optical fibercommunication conference(ofc)，osa technical digest(optical society ofamerica)，2020，paper th3h.1；zhang q,han w,xiong z,et al.3×34gb/s pdm-qpsksignal mode divi sion multiplexing experiment based on fewmode fiber[j].optical communication technology,2022,46(1):77-80]，但是这些圆芯少模光纤模式间的串扰和损耗仍然存在，模式间串扰需要使用多输入多输出数字信号处理mimo-dsp，对短距离通信而言，模式越多mimo-dsp的复杂度、计算量、成本等问题越严重；光纤的损耗会影响光通信系统的传输距离，光纤的损耗是决定光纤通信系统性能的重要参数。为了解决光纤中串扰和损耗，椭圆芯少模光纤[parmigiani f，jung y，-nielsen l，etal.elliptical core few mode fib ers for multiple-input multiple output-freespace division multiplexing transmission[j].ieee photonics technologyletters，2017，29(21):1764-1767；tan h,zhang j,liu j,et al.low-loss ring-corefiber supporting 4mode groups.in conference on lasers and electro-optics,osatechnical digest,2019,paper sm2l.4；song w,chen h,wang j,et al.panda typeelliptical ring core few-mode fiber[j].optical fiber technology,2020,60:1-5；yang t,zhang h,xi l,et al.design of a novel bow-tie polarization ri ng-corefew-mode fiber for mimo-free mdm system.in 26th optoelectronics andcommunications conference,p.alexander wai,h.tam,and c.yu,eds.,osatechnicaldigest,2021,paper js3c.3.]、椭圆环芯少模光纤[wang l，nejad r m，corsi a，etal.linearly polarized vector modes:enabling mimo-free mode-divisionmultiplexing[j].optic s express，2017，25(10):11736-11748]和熊猫型少模光纤[yan h，li s，xie z，etal.design of pand ring-core fiber with10polarization-maintaining modes[j].photonics research，2017，5(1):1-5；cao y，zhao y，yu x，et al.design and character ization of 16-mode pandapolarization-maintaining few-mode ring-core fiber for spatial division multiplexing[j].optical engineering，2017，56:116102]被提出并被证明具有分离空间模式和减少模式耦合的能力。
3、上述这些椭圆芯少模光纤、椭圆环芯少模光纤和熊猫型少模光纤虽然一定程度上实现了分离模式，但模式间串扰仍然较大，并且具有较大的本征损耗；若接收端通过数字信号处理进行补偿，仍然会增加短距离传输系统的复杂度、计算量、成本等。针对以上问题，同时考虑到超模的模式密度大等优点，本实用新型提出一种折射率沟槽辅助的非简并少模光纤，利用多芯间的强耦合作用以及椭圆纤芯结构，三倍率提高了单根光纤的传输容量和传输谱效，且具有更低的弯曲损耗和本征损耗，可以更好地分离空间模式和减少模式之间的串扰，应用于无需多输入多输出mimo-free运作。
技术实现思路
1、在国家自然科学基金(编号61671227和61431009)、山东省自然科学基金(zr2011fm015)、“泰山学者”建设工程专项经费支持下，本专利申请提出了一种折射率沟槽辅助的非简并少模光纤，该光纤融合了纯二氧化硅椭圆纤芯、阶跃折射率分布和折射率沟槽辅助区域等优点，打破了空间模式的简并，消除了复杂的mimo-dsp处理，实现了低损耗、低串扰和低弯曲损耗的mimo-free应用，为光纤光学、光纤通信、光纤无线接入、光学信息处理和新一代信息技术等领域的深入研究提供了重要支持。
2、本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、本实用新型提出一种折射率沟槽辅助的非简并少模光纤；该光纤由具有阶跃折射率分布的四个纯二氧化硅椭圆纤芯、辅助椭圆环折射率沟槽和包层组成；每个椭圆纤芯的水平半径(长半轴)为ax＝2.25μm，垂直半径(短半轴)为ay＝1.5μm，椭圆度ρ＝ax/ay＝1.5；四个椭圆纤芯外部是椭圆环结构的折射率沟槽区域，内部椭圆水平半径为r1x＝14.4μm，垂直半径为r1y＝9.6μm；外部椭圆水平半径为r2x＝23.4μm，垂直半径为r2y＝15.6μm，其余部分为包层，其外包层半径值是r＝62.5μm；四个纤芯的中心坐标分别为和纯二氧化硅纤芯、折射率沟槽区域和包层的折射率分别为n1＝1.4440，n2＝1.4264，n3＝1.4280；三个超模lp01、lp11a、lp11b的有效折射率分别为1.4369、1.4325、1.4307，各超模间的大有效折射率差实现了低模式串扰；超模的空间模式简并被打破，实现了低本征损耗、低串扰、低弯曲损耗的三种非简并超模运作，从而可以消除复杂的mimo-dsp处理，实现mimo-free应用的良好传输；光纤中超模的模场特性可以通过改变纤芯和包层的折射率或者包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。
4、实用新型的有益效果如下：
5、1.该椭圆纤芯光纤形成超模，打破了超模空间模式简并，可消除复杂的mimo-dsp处理，实现mimo-free应用的良好传输，进一步提高光纤传输性能。
6、2.该光纤融合了纯二氧化硅纤芯和大有效折射率差分布实现了低损耗和低模式串扰，为光纤光学、光纤通信、光纤无线接入和光学信息处理、新一代信息技术等领域的深入研究提供了重要支持。
7、3.该光纤中非简并超模的模场特性可以通过改变纤芯、包层及沟槽区的折射率、包层的尺寸、位置和折射率分布来改变。
1.一种折射率沟槽辅助的非简并少模光纤；其特征在于：该光纤由具有阶跃折射率分布的四个纯二氧化硅椭圆纤芯、辅助椭圆环折射率沟槽和包层组成；每个椭圆纤芯的水平半径(长半轴)为ax＝2.25μm，垂直半径(短半轴)为ay＝1.5μm，椭圆度ρ＝ax/ay＝1.5；四个椭圆纤芯外部是椭圆环结构的折射率沟槽区域，内部椭圆水平半径为r1x＝14.4μm，垂直半径为r1y＝9.6μm；外部椭圆水平半径为r2x＝23.4μm，垂直半径为r2y＝15.6μm，其余部分为包层，其外包层半径值是r＝62.5μm；四个纤芯的中心坐标分别为和纯二氧化硅纤芯、折射率沟槽区域和包层的折射率分别为n1＝1.4440，n2＝1.4264，n3＝1.4280；三个超模lp01、lp11a、lp11b的有效折射率分别为1.4369、1.4325、1.4307。
