定义
包含多个光纤芯的光纤。
大多数光纤具有单个光纤芯，通常位于光纤轴上。 然而，也有一些包含多个芯的特种光纤，例如可以排列在围绕光纤轴的环上或某些2D网格上。 （例如，七芯光纤可能在六边形的边缘有六个芯和一个中心芯 – 见图 1。 这种光纤称为多芯光纤（或多芯光纤）。 在只有两个芯的情况下，也可以使用术语双芯光纤。
制造
多芯光纤可以通过全玻璃光纤技术实现，也可以作为包含气孔的光子晶体光纤来实现。 在第一种情况下，可以制造包含多个芯的全玻璃预制棒，或者将多个单一公司形式组合到从中抽取光纤的分支（束光纤）。 对于光子晶体光纤，不需要对制造技术进行特殊扩展；可以简单地组装一束更复杂的棒和/或管，以获得具有多个芯的预制棒。
多芯导向
图1：六角晶格结构的七芯光纤设计。
原则上，这种光纤中的每个光纤芯都可以充当单独的波导，以便光可以独立地通过这些芯传播。 但是，如果两个内核之间的距离太小，以至于相应的模态场具有明显的空间重叠，则内核之间可能存在一些模式耦合（参见图2）。 这意味着最初耦合到一个核心的光最终可以耦合到其他核心；这种效果与熔融光纤耦合器相似。
对于这种情况，可以计算所谓的超模，即尽管耦合仍保持平稳的场配置。 但请注意，在理想情况下，在模耦合理论中计算的超模可能不是光纤的真实模态，受制造和/或操作条件的随机波动的影响。 光在这种光纤中的传播也可以用数字光束传播的方法进行研究，其中还可以考虑随机波动。
尽管在某些情况下需要上述耦合类型，但在许多其他情况下，通过在磁芯之间使用足够大的间距来避免或最小化耦合。 例如，人们经常希望避免光纤通信系统中的大量串扰。 通常，光纤芯的直径相当小，只有几微米，因此在某些波长范围内可以获得单模传播。 每对纤芯之间大约 30 到 40 μm 的距离可能足以避免即使在光纤数公里内发生显着耦合。 通常的光纤直径为125 μm，因此只允许在这种弱耦合光纤中安静地有限数量的芯。 显然，在高核心密度和低串扰之间存在权衡，例如在电信系统中。 这种权衡可以通过多种方式减轻，例如，通过更强的模式约束（例如，使用折射率沟槽或磁芯周围的气孔）来减少耦合，或者通过不同磁芯模式具有不同有效折射率的异构设计来减轻耦合。 原则上，也可以增加纤维直径，但这通常是不切实际的，因为纤维对弯曲的敏感性会增加。
图2：7芯光纤芯之间的光耦合，使用软件RP光纤功率进行数值模拟。在本例中，纤芯之间的间距为20 μm，光纤设计尚未针对低耦合进行优化。在这里，我们在光纤的几毫米内获得了实质性的耦合。
锥形多芯光纤
在某些情况下，多芯光纤呈锥形。 然后，每个光纤芯将受到相同的锥度比。 然而，由于最多一个纤芯可以在光纤轴上，其他纤芯也会经历横向移动，这意味着锥度区域的弯曲。 这可能会导致额外的弯曲损失。 另一个问题可能是光纤直径小区域的磁芯之间不必要的光耦合。 人们可能需要优化锥度设计，以尽量减少这种影响 - 例如，基于此类设备中飞行传播的数值模拟。
电信应用
多芯光纤是实现空分复用的技术选择之一。
在光纤通信中，随着数据流量的大幅增长，传输容量的增长趋势是越来越大。 显然，因此人们有兴趣最大化每根光纤的传输容量，其中一种技术选择是在一根光纤中使用多个芯，以便可以在空间分离的情况下同时传输多个信号（空分复用，SDM）。 该原理也可以通过少模光纤或多模光纤来实现，但多芯光纤允许在通道之间的耦合弱得多的情况下实现。 当使用多个多模内核时，这两种方法甚至可以组合使用，这可能会导致更多的传输通道。
光纤芯之间的显著耦合不一定对应用有害！
当在整个传输距离上使用芯间耦合微弱的光纤时，系统在概念上可以更简单。 但是，也可以采用具有相对较强模式耦合的光纤，使用多输入多输出（MIMO）数字信号处理技术。 在后一种情况下，纤芯之间的间距可以小得多，这样就可以在单根光纤中放置更多的光纤芯，并且整体传输容量可以更高。 同样的技术可以与少模光纤和多模光纤结合使用。 与这些相比，单模多芯光纤具有群速度的传播小得多的优点，这使得MIMO接收器的使用复杂度更小。
如何将光耦合到多个光纤芯中进出？
多芯光纤的工业用途面临的一个重大技术挑战是需要将多个信号通道的光耦合到光纤的不同芯中，并处理来自多个芯的输出。 合适的耦合器设备还必须满足许多实际要求。 提出的解决方案之一是在一个小玻璃块中使用激光刻字3D波导，它将MCF的不同芯与一组以线性顺序排列的输出或输入光纤的芯连接起来[3]。
另一个挑战是，多芯光纤的熔接显然比普通单芯光纤更困难：芯需要仔细对齐。
光纤放大器有一些有趣的选择，可以应用于多芯光纤。
对于长传输距离，通常使用光纤放大器。 已经开发出用于多芯光纤的特殊掺铒光纤放大器，其中实现了所有芯的同时放大，在某些情况下甚至仅使用单个泵浦源。 需要进一步研究和开发这种多核EDFA[6]，关注核心依赖增益等技术问题。 有些实现基于包层泵浦有源光纤，其中只需要一个或两个泵浦激光器，并且差分模型增益仍然非常有限[17]。
引入多芯光纤电信系统的实际困难很大，也涉及成本；因此，目前尚不清楚这一发展将走多远。 也认为仅使用多根光纤，或在一根光缆中使用大量此类光纤。 作为一种更简单的替代解决方案，进一步增加纤维数量相对容易，例如通过使用更薄的玻璃纤维和更薄的聚合物涂层。
其他应用
多芯光纤也可用于其他（非电信）应用。 一个例子是光纤传感器领域。 可能的工作原理可以利用多个磁芯之间耦合对应变或温度变化等外部影响的敏感性。 这种传感器可以以干涉仪的形式实现，涉及光通过不同的核心。
另一个例子是多芯光纤在高功率光纤激光器和放大器中的应用。 为了减轻非线性效应，将光功率分布在不同的光纤芯上，并可能在最后重新组合光（→相干光束组合）。 必须仔细控制通过不同光纤芯传播的光的相对光学相位。 然而，这比使用单独的光纤时的挑战性要小，因为不同芯中的外部诱导相变通常非常相似，只有它们的差异才算作光束组合。
参考文献
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