低損多模反諧振空芯光纖研制方面取得新進展

　　【儀表網 研發快訊】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所單元技術實驗室與國科大杭州高等研究院物理與光電工程學院(簡稱“杭高院物光學院”)胡麗麗教授工作室合作，在低損多模反諧振空芯光纖的研發制備研究中取得重要進展。該研究成果以“Low-loss multi-mode anti-resonant hollow-core fibers”為題發表于美國光學協會期刊《光學快訊》(Optics Express)。
 

　　近年來，反諧振空芯光纖因具備寬帶、低損的傳輸特性而廣受關注。利用僅有波長量級厚度的負曲率玻璃芯壁，反諧振空芯光纖能將絕大部分光束縛于空氣芯中，從而克服了基體材料本征的影響，展示出超低材料損耗、超低色散、超低非線性和極高激光損傷閾值的特性，是未來高效傳輸超高功率激光以及紫外/中紅外極端波長激光的有力備選材料。目前報道的反諧振空芯光纖大多以5至8個包層毛細管設計為主，并利用芯包相位匹配原則實現準單模傳輸。然而，單模設計在應對高功率、低光束質量激光的傳輸時很可能造成耦合效率低下和潛在的激光損傷，而低損多模反諧振空芯光纖則有望解決這一問題。目前，該方向研究仍處于起步階段，有關仿真研究提出的低損多模反諧振空芯光纖結構較為復雜，制備困難，目前尚無具備實用性的低損多模反諧振空芯光纖報道。
 

　　在本項研究中，研究人員設計制備了包層區域由18個扇形諧振器組成的反諧振空芯光纖，其中芯徑約66 μm而光纖外徑約為193 μm。經過截斷法測試，所研制的光纖具備近一個倍頻程的傳輸帶且平均損耗低于0.5 dB/m，其中1微米附近損耗更低于0.1 dB/m。此外，彎曲半徑大于8 cm時在1微米附近因彎曲引發的損耗不超過0.2 dB/m。研究人員進一步使用S2技術來表征23.55米反諧振空芯光纖中的多模傳導特性，結合仿真總共鑒定了七種類LP模式成分。此外，研究人員還通過放大相同的設計制備了用于中紅外波長傳輸的多模反諧振空芯光纖，并且傳輸帶可擴展到4μm以上。新型低損多模反諧振空芯光纖的出現為解決劣化光束質量激光(如固體激光器，光參量放大器等)高功率長距離傳輸提供了可能。
 

圖1 所制備空芯光纖的(a)電鏡圖和(b)(c)傳輸/損耗性質
 

　　圖2 差分群時延曲線及其中紅星標記峰處的模式重建圖：(a-i)S2測試結果；(j-t)仿真結果

 

　　原文標題：上海光機所單元技術實驗室在低損多模反諧振空芯光纖研制方面取得新進展