Page 35 - 网络电信2020年10月刊上
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阶跃型高折射率差光纤可以将每个模式组内的4个OAM模式 三、掺铒型环形芯结构oam光纤
分裂为两个小组，但每个小组仍然包含两个简并模式。其中一 目前国内普遍采用的稀土离子掺杂方式为液相掺杂法工
组为oam与偏振同向旋转（均为左旋或右旋），另一组为OAM与 艺，即将稀土离子浸入疏松的二氧化硅粉末中，然后进行烧
偏振反向旋转（OAM左旋、偏振右旋或OAM右旋、偏振左旋）。 结。该工艺较为简单、灵活性好，因而已被广泛应用。但这种
通过打破光纤的圆对称性，可以进一步分裂两个偏振态，从而 方法掺杂浓度偏低，重复性差，且由于工艺限制，普遍存在着
实现4个模式完全非简并。 掺杂不均匀、掺杂浓度高发生析出和预制棒纤芯直径很难做大
团队提出一种熊猫型结构的保偏环形光纤，支持 等技术难点，不适用于面向长距离传输系统的掺铒oam增益光纤
的研制。
因此研究团队基于稀土离子螯合物高温蒸发系统，配
共10个模式的传输，并 合高精度的改进化学气相沉积（Modified Chemical Vapour
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使每个模式间的Δn eff 都大于1×10 ，模式间保持分离用作独 Deposition, MCVD）装备，开展全气相高浓度掺杂工艺研究，
立通信信道。光纤结构解决了高阶保偏模式的截止问题，是现 实现稀土离子与共掺剂的全气相掺杂，以突破制约通信系统信
有光纤结构中支持保偏模式数量（10个）最多的光纤。光纤结 号放大效率的增益稳定性和信号噪声控制瓶颈，实现高浓度均
构如图10所示，图中，Ｌ为光纤应力区直径；Λ为应力区中心 匀掺铒光纤预制棒制备。
到光纤芯区中心的距离。 同时，研究团队还开展了掺铒光纤拉丝工艺研究，针对环
分析每个模场分布，如图11所示。图11（a）中给出应力 形芯结构长度方向上一致性需求，明确不同掺杂组分与拉丝工
区域不存在时，高折射率环状区域中的模场图。当引入应力棒 艺参数的交互作用，实现环形芯结构掺铒oam传输光纤的高稳
时，由于应力双折射作用，每个本征模式会演变成为相应的LP 态拉制。由于掺铒光纤中存在包括铝和磷等多种共掺剂，在拉
模式，模场分布变为图11（b）。 丝工序中由于不同元素在高温熔融环境下扩散特性的差异，会
造成波导结构变化并影响掺铒光纤的增益特性。因此，为了提
图10 保偏型环形芯ＯＡＭ光纤设计图
升光纤结构的稳定性，需要对加热炉体的适应性进行改造，对
高温炉保护气流与温度场的稳定性进行研究并对高温炉进行改
造，对涂覆模具的全新设计与制造和对系统PID控制器参数进行
整定设计等。同时还需要对制造掺铒OAM光纤的拉丝工艺涉及的
各项参数进行充分的研究，如研究拉丝温度、送棒速度、涂覆
材料、拉丝速度、固化条件、收丝条件、环境温度和湿度等对
光纤几何尺寸、光学特性和机械特性等的影响，满足与长距离
OAM传输光纤匹配增益光纤的研制。最终实现具备良好增益放大
特性的支持OAM信号放大的系列掺铒光纤，OAM信号增益效果如
图12所示。其增益达到了15～20dB。
图12 掺铒ＯＡＭ增益光纤测试结果
图11 保偏环芯模场分布图
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