For nylig har Russell Advanced Lightwave Research Center ved Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI) sammen med Wuhan University of Technology (WUT) og Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. gjort et gennembrud inden for ultrahøj single-mode purity hollow -kerne anti-resonans mikrostruktureret optisk fiber. Holdet designede og fremstillede en hulkernet, anti-resonant mikrostruktureret fiber med en kapillarfordeling uden lige stigning og en dobbeltbeklædningsstruktur og demonstrerede, at fiberens højere-ordens tilstandsundertrykkelse nær 1585 nm er omkring en til to ordrer af størrelse højere end rapporterede hulkernefibre.
Den hulkerne anti-resonante mikrostrukturerede fiber er en ny type mikrostruktureret fiberbølgeleder styret af lufthuller med lavt brydningsindeks, som har fordelene ved bred spektral lysstyring, lav spredning, lav ikke-linearitet, stort tilstandsfeltområde og høj laser skadetærskel og har tiltrukket sig forskernes opmærksomhed, fordi den giver en fremragende transmissionsplatform til forskning inden for lasertransmission, fiberoptisk kommunikation, fiberoptisk sensing og ikke-lineær optik. På den ene side er gode single-mode egenskaber vigtige for hulkernefibre i praktiske anvendelser såsom højtydende fiberføling, fiberoptisk kommunikation og intelligent behandling af laserenergitransmission. På grund af begrænsningen af dets lysstyringsprincip er det imidlertid vanskeligt at opnå effektiv undertrykkelse af højere ordens tilstande i hulkernefibre svarende til dem i solide kernefibre. Optimeringen af single-mode karakteristika for optiske fibre opnås ofte gennem udformningen af fiberstrukturstørrelsen for at opnå en højere ordens tilstande i kernen og beklædningstilstandene for at opnå fasetilpasningsbetingelser, hvilket øger tabet af højere ordens tilstande og frafiltrering af en bestemt kernetilstand. Denne type løsning filtrerer imidlertid ikke effektivt andre højere ordens tilstande fra i kernen, og de resterende højere ordens tilstande kan stadig forårsage problemer såsom udgangseffektudsving på grund af intermodal interferens eller krydstale af transmitterede signaler, især i tilfældet af applikationer, der bruger kortere optiske fibre.
For at løse disse problemer udforskede Russells team en anden tilgang til højere ordens tilstandsfiltrering, for det første ved at introducere en større hulafstand mellem kapillærkapillærerne i en tom-kerne, anti-resonant fotonisk krystalfiber med en ensartet hulafstand for at forbedre lækage af højere ordens tilstande, og for det andet ved at indføre et passende luftlag uden for huset på ydersiden af den første beklædning for at konstruere et andet anti-resonant beklædningslag af fiberen, som vist i fig. 1a nedenfor. På grund af forskellene i de effektive tværgående bølgelængder af forskellige tilstande, forbedrer denne struktur signifikant højere-ordens modetab ved specifikke bølgelængder og holder tabet af den fundamentale mode relativt lavt. Holdet lykkedes eksperimentelt med at forberede en dobbeltbeklædt hulkernet anti-resonant fiber (fig. 1b), som danner tætte resonanttoppe i det lange bølgelængdeinterval over ~1 μm, hvilket giver et flerniveauvindue til lasertransmission med ultrahøj enkelt -mode renhed, som vist i fig. 1c. Ydermere, som vist i fig. 2, er det eksperimentelt verificeret, at kerne LP11 højere-ordens modus afvisningsforholdet for denne dobbeltbeklædte hulkerne anti-resonante fotoniske krystalfiber nær 1585 nm er så højt som 60 dB/km, hvilket er omkring en til to størrelsesordener højere end den for de rapporterede fibre med optimeret single-mode renhed. Derudover verificerer denne undersøgelse den fleksible tunerbarhed af transmissionsintervallet med høj single-mode renhed af denne hulkerne anti-resonante fiber med variationen af påfyldningsgastrykket, hvilket effektivt udvider bølgelængdeintervallet, der er tilgængeligt for høj renhed single-mode . Valideringen af ultrahøj single-mode renhed i hulkerne mikrostrukturerede fibre med dobbelt-beklædning struktur giver en ny idé til applikationer, der kræver høj renhed af fiber modes, såsom fiber laser energitransmission, fiberoptisk kommunikation eller fiberoptisk sensing.
De relaterede forskningsresultater er offentliggjort i tidsskriftet "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber" Forskningsresultaterne blev offentliggjort i Laser & Photonics Reviews, et toptidsskrift for laser og fotonik . Dr. Zhuozhao Luo, en fælles ph.d.-studerende fra Wuhan University of Technology og Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), var den første forfatter, og associeret forsker Jiapeng Huang, forsker Xin Jiang og forsker Mian Pang fra Russell Center var de med-korresponderende forfattere, sammen med Dr. Ruochen Yin, en ph.d.-studerende ved SIOM, og Dr. Yu Zheng fra Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Dette forskningsarbejde blev overvåget af prof. Philip Russell, en udenlandsk akademiker fra det kinesiske videnskabsakademi, og støttet af Shanghai Science and Technology Innovation Action Plan (21ZR1482700), National Natural Science Foundation of China (62275254), Zhangjiang Laboratory Construction and Operation Program (20DZ2210300), National High-level Talent Youth Program og Fuyang High-level Talent Program. Talentprogram på højt niveau og anden understøttelse.
Fig. 1 (a) Teoretisk design, (b) scanningselektronmikroskopi og (c) transmissionsspektrumtestmønster af dobbeltbeklædt hulkernet anti-resonant fotonisk krystalfiber
Fig. 2 (a) LP01- og LP11-tilstands-nærfeltkort opnået fra mode-selektiv excitation, (b) LP01- og LP11-modetabsresultater, (c) FOM-kurver af højere ordens modeundertrykkelse, (d) centerbølgelængder af maksimale FOM11-værdier (venstre akse) og høje FOM11-værdiintervaller (højre akse) for de dobbeltbeklædte hulkerne anti-resonante fotoniske krystalfibre med nitrogenfyldning fra 1-25 bar, (e) centerbølgelængder ved FOM-kurver målt ved gastrykværdier på 1 bar, 10 bar og 20 bar
