【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近期，西安光機(jī)所光子功能材料與器件研究室郭海濤研究員團(tuán)隊(duì)在中紅外空芯反諧振光纖(HC-ARF)研究方面取得重要進(jìn)展?？蒲袌F(tuán)隊(duì)基于自研的硫系玻璃材料研制出一款“七孔接觸式”HC-ARF，理論成功預(yù)測(cè)并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光纖在中紅外波段存在多個(gè)低損耗傳輸通帶，兼具優(yōu)異的高階模抑制特性，并且存在進(jìn)一步降低光纖損耗至0.01 dB/m的空間(比目前實(shí)芯階躍型硫系光纖損耗低1個(gè)數(shù)量級(jí)以上)。相關(guān)研究成果發(fā)表在Optics Express。論文第一作者為西安光機(jī)所博士生張豪，通訊作者為郭海濤研究員。
21世紀(jì)以后，中紅外光纖激光器的功率/脈寬不斷突破，但紅外光纖材料的本征缺陷也越來(lái)越突出，如非線性、色散、光致?lián)p傷、材料吸收損耗等，這在傳統(tǒng)實(shí)芯光纖中很難獲得實(shí)質(zhì)性突破，這些特征也就成為了制約中紅外光纖技術(shù)發(fā)展的瓶頸。近年來(lái)，基于反諧振效應(yīng)的HC-ARF因其傳輸帶寬、激光損傷閾值高、傳輸損耗低和模式純度高等優(yōu)異特性而逐漸獲得關(guān)注。雖然HC-ARF應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)張，但光纖拉制難度也成為了籠罩在研究人員頭頂?shù)囊欢錇踉?，?shí)際光纖損耗一直徘徊在幾個(gè)dB/m水平。諸多國(guó)際知名公司或科研機(jī)構(gòu)都在集中力量攻克這一難題，國(guó)內(nèi)也鮮有光纖實(shí)際制備的相關(guān)報(bào)道。
該成果團(tuán)隊(duì)?wèi)阎?ldquo;解放光纖技術(shù)應(yīng)用中的材料限制”的夢(mèng)想，開始了對(duì)中紅外空芯反諧振光纖的探索。他們從實(shí)際制備和應(yīng)用角度出發(fā)，基于紅外玻璃材料特點(diǎn)，創(chuàng)新性提出“七孔接觸式”結(jié)構(gòu)，利用有限元法對(duì)光纖的限制損耗、彎曲損耗、材料損耗和高階模抑制等光纖性能進(jìn)行理論仿真，基于As40S60硫系玻璃結(jié)合堆積拉制法和雙路氣壓控制技術(shù)，成功制備出結(jié)構(gòu)復(fù)現(xiàn)性良好的HC-ARF。測(cè)試數(shù)據(jù)表明，該光纖具有高階模式抑制特性和多個(gè)低損耗傳輸通帶，在4.79 μm激光波長(zhǎng)處損耗僅為1.29 dB/m。此外，研究團(tuán)隊(duì)還深入研究了不同工藝參數(shù)下光纖結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律，分析造成額外光纖損耗的關(guān)鍵因素，并對(duì)該結(jié)構(gòu)光纖的理論損耗極限進(jìn)行了預(yù)測(cè)，為HC-ARF的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和拉制提供理論支撐。
圖(a)堆積拉制法和雙路氣壓控制技術(shù)(b)光纖預(yù)制棒 (c)光纖的理論損耗與實(shí)測(cè)損耗
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省自然科學(xué)基金、廣東省光纖傳感與通信技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金的資助。
光子功能材料與器件研究室的主要研究方向是西安光機(jī)所的優(yōu)秀傳統(tǒng)學(xué)科，它圍繞高科技領(lǐng)域?qū)庾庸δ懿牧虾推骷男枨?，開展光子功能玻璃、特種光纖及器件的制備和應(yīng)用技術(shù)研究，建立了“玻璃-光纖-器件”全鏈條一體化研究平臺(tái)，研制了覆蓋“可見(jiàn)-近紅外-中紅外-太赫茲”波段的增益、通信、傳能及成像光纖和器件，性能優(yōu)良，是國(guó)內(nèi)特種玻璃、光纖材料研制的優(yōu)勢(shì)單位之一。(光子功能材料與器件研究室 供稿)
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