低损多模反谐振空芯光纤研制方面取得新进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所单元技术实验室与国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院(简称“杭高院物光学院”)胡丽丽教授工作室合作，在低损多模反谐振空芯光纤的研发制备研究中取得重要进展。该研究成果以“Low-loss multi-mode anti-resonant hollow-core fibers”为题发表于美国光学协会期刊《光学快讯》(Optics Express)。
 
　　近年来，反谐振空芯光纤因具备宽带、低损的传输特性而广受关注。利用仅有波长量级厚度的负曲率玻璃芯壁，反谐振空芯光纤能将绝大部分光束缚于空气芯中，从而克服了基体材料本征的影响，展示出超低材料损耗、超低色散、超低非线性和极高激光损伤阈值的特性，是未来高效传输超高功率激光以及紫外/中红外极端波长激光的有力备选材料。目前报道的反谐振空芯光纤大多以5至8个包层毛细管设计为主，并利用芯包相位匹配原则实现准单模传输。然而，单模设计在应对高功率、低光束质量激光的传输时很可能造成耦合效率低下和潜在的激光损伤，而低损多模反谐振空芯光纤则有望解决这一问题。目前，该方向研究仍处于起步阶段，有关仿真研究提出的低损多模反谐振空芯光纤结构较为复杂，制备困难，目前尚无具备实用性的低损多模反谐振空芯光纤报道。
 
　　在本项研究中，研究人员设计制备了包层区域由18个扇形谐振器组成的反谐振空芯光纤，其中芯径约66 μm而光纤外径约为193 μm。经过截断法测试，所研制的光纤具备近一个倍频程的传输带且平均损耗低于0.5 dB/m，其中1微米附近损耗更低于0.1 dB/m。此外，弯曲半径大于8 cm时在1微米附近因弯曲引发的损耗不超过0.2 dB/m。研究人员进一步使用S2技术来表征23.55米反谐振空芯光纤中的多模传导特性，结合仿真总共鉴定了七种类LP模式成分。此外，研究人员还通过放大相同的设计制备了用于中红外波长传输的多模反谐振空芯光纤，并且传输带可扩展到4μm以上。新型低损多模反谐振空芯光纤的出现为解决劣化光束质量激光(如固体激光器，光参量放大器等)高功率长距离传输提供了可能。

图1 所制备空芯光纤的(a)电镜图和(b)(c)传输/损耗性质

图2 差分群时延曲线及其中红星标记峰处的模式重建图：(a-i)S2测试结果；(j-t)仿真结果