我國科研人員制備出世界首款高雙折射反諧振空芯光纖

  暨南大學汪瀅瑩教授課題組和北京工業大學王璞教授課題組使用一種新結構—雙壁厚準四重旋轉對稱的半管結構，設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附近可實現帶寬約133 nm寬帶保偏光傳輸。

  相比于傳統的實芯光纖，在空氣區域導光的空芯光纖具有低延遲、低色散、低非線性、高光致損傷閾值、抗干擾和可填充液體或氣體的高度靈活性等優勢。近年來，隨著空芯光纖技術的飛速發展，該類光纖中的佼佼者——反諧振反射型空芯光纖脫穎而出，展現出可以打破石英光纖瑞利散射極限，實現超低損耗的潛力。優秀的光學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。由于傳統的雙折射技術，如應力雙折射、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、激光器系統等領域的應用。

  暨南大學汪瀅瑩教授課題組和北京工業大學王璞教授課題組使用了一種全新的光纖結構，將雙壁厚的準四重對稱設計與半管結構相結合。前者可以在光纖中產生偏振相關性的反交叉效應(一種模式耦合效應)以產生雙折射，而后者則可以借助靈活的自由度，通過調節圓弧的長度來改變包層結構中空氣區域的大小，進而實現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出雙折射9.1×10-5、帶寬133 nm、最低損耗185 dB/km的優良性能。利用11 m長光纖實現了偏振消光比約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用領域的步伐。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的光學系統中大放異彩。相關論文在線發表在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