我國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)—雙壁厚準四重旋轉(zhuǎn)對稱的半管結(jié)構(gòu)，設(shè)計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，實驗證明該光纖在波長1550 nm附近可實現(xiàn)帶寬約133 nm寬帶保偏光傳輸。

  相比于傳統(tǒng)的實芯光纖，在空氣區(qū)域?qū)Ч獾目招竟饫w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。近年來，隨著空芯光纖技術(shù)的飛速發(fā)展，該類光纖中的佼佼者——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。

  然而，“偏振特性”的缺失為空芯光纖的未來蒙上了一層陰影。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)，將雙壁厚的準四重對稱設(shè)計與半管結(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，通過調(diào)節(jié)圓弧的長度來改變包層結(jié)構(gòu)中空氣區(qū)域的大小，進而實現(xiàn)盡可能高效的反諧振反射來降低光纖的傳輸損耗。

  仿真計算表明，該光纖可同時實現(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證了該光纖具有實際制備的可行性。實際拉制的光纖展現(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長光纖實現(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。圖1為實驗示意圖。

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，該項研究將進一步推進反諧振空芯光纖投入大量實際應(yīng)用領(lǐng)域的步伐。隨著制備工藝的成熟，該類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