我國(guó)科研人員制備出世界首款高雙折射反諧振空芯光纖

  暨南大學(xué)汪瀅瑩教授課題組和北京工業(yè)大學(xué)王璞教授課題組使用一種新結(jié)構(gòu)—雙壁厚準(zhǔn)四重旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的半管結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)并制備出世界首款雙折射接近10-4的高雙折射反諧振空芯光纖，實(shí)驗(yàn)證明該光纖在波長(zhǎng)1550 nm附近可實(shí)現(xiàn)帶寬約133 nm寬帶保偏光傳輸。

  相比于傳統(tǒng)的實(shí)芯光纖，在空氣區(qū)域?qū)Ч獾?A href="http://m.getprofitprime.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=%e7%a9%ba%e8%8a%af%e5%85%89%e7%ba%a4&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">空芯光纖具有低延遲、低色散、低非線性、高光致?lián)p傷閾值、抗干擾和可填充液體或氣體的高度靈活性等優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著空芯光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，該類(lèi)光纖中的佼佼者——反諧振反射型空芯光纖脫穎而出，展現(xiàn)出可以打破石英光纖瑞利散射極限，實(shí)現(xiàn)超低損耗的潛力。優(yōu)秀的光學(xué)性能使空芯光纖被冠以“光纖V2.0”的美譽(yù)。

  然而，“偏振特性”的缺失為空芯光纖的未來(lái)蒙上了一層陰影。由于傳統(tǒng)的雙折射技術(shù)，如應(yīng)力雙折射、形狀雙折射等均不適用于空芯光纖，反諧振空芯光纖一直難以獲得真正意義上的偏振保持特性，這限制了其在高精度光纖陀螺、激光器系統(tǒng)等領(lǐng)域的應(yīng)用。

  暨南大學(xué)汪瀅瑩教授課題組和北京工業(yè)大學(xué)王璞教授課題組使用了一種全新的光纖結(jié)構(gòu)，將雙壁厚的準(zhǔn)四重對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)與半管結(jié)構(gòu)相結(jié)合。前者可以在光纖中產(chǎn)生偏振相關(guān)性的反交叉效應(yīng)(一種模式耦合效應(yīng))以產(chǎn)生雙折射，而后者則可以借助靈活的自由度，通過(guò)調(diào)節(jié)圓弧的長(zhǎng)度來(lái)改變包層結(jié)構(gòu)中空氣區(qū)域的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)盡可能高效的反諧振反射來(lái)降低光纖的傳輸損耗。

  仿真計(jì)算表明，該光纖可同時(shí)實(shí)現(xiàn)寬帶的高雙折射10-4，且最低損耗小于20 dB/km。令人興奮的是，經(jīng)改良的堆積拉制方法驗(yàn)證了該光纖具有實(shí)際制備的可行性。實(shí)際拉制的光纖展現(xiàn)出雙折射9.1×10-5、帶寬133 nm、最低損耗185 dB/km的優(yōu)良性能。利用11 m長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)了偏振消光比約30 dB的寬帶保偏光傳輸，且可以抵抗彎曲或溫度條件變化引入的擾動(dòng)。圖1為實(shí)驗(yàn)示意圖。

圖1 保偏反諧振光纖(a)掃描電鏡圖，(b)群雙折射(Bg)與相雙折射(Bp)測(cè)量與仿真曲線，(c、d)兩偏振方向傳輸與損耗譜

  研究者相信，該項(xiàng)研究將進(jìn)一步推進(jìn)反諧振空芯光纖投入大量實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的步伐。隨著制備工藝的成熟，該類(lèi)高性能且具有偏振保持特性的反諧振空芯光纖有望在各類(lèi)偏振相關(guān)的光學(xué)系統(tǒng)中大放異彩。相關(guān)論文在線發(fā)表在Laser & Photonics Reviews上，文章第一作者為洪奕峰博士生，通信作者為高壽飛副研究員、丁偉研究員和汪瀅瑩研究員。

  論文信息：Highly Birefringent Anti-Resonant Hollow-Core Fiber with a Bi-Thickness Fourfold Semi-Tube StructureYi-feng Hong, Shou-fei Gao, Wei Ding, Xin Zhang, An-qing Jia, Yu-lin Sheng, Pu Wang, Ying-ying WangLaser & Photonics ReviewsDOI:10.1002/lpor.202100365

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100365