上海光機(jī)所在反諧振空芯光纖材料損耗理論研究方面取得進(jìn)展

  ICC訊 近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在中紅外波段反諧振空芯光纖基礎(chǔ)研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)圍繞光纖材料吸收引發(fā)空芯光纖傳輸損耗這一光波導(dǎo)基本問題開展了深入理論研究，建立了國際首個(gè)空芯光纖材料損耗的解析模型，并利用該模型預(yù)測了石英基玻璃材料在4微米中紅外波段的損耗極限。相關(guān)研究成果于4月7日發(fā)表于《光學(xué)快訊》(Optics Express)。（論文鏈接：https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-28-8-11840 ）

  近年來，反諧振空芯光纖(AR-HCF)因其寬帶、低損的傳輸特性獲得廣泛關(guān)注。由于絕大部分光被限制在空氣芯中，反諧振空芯光纖能夠極大克服基體材料本身吸收的影響，顯著降低材料損耗。目前使用石英玻璃制備反諧振空芯光纖，在4微米波長實(shí)現(xiàn)了0.04 dB/m的傳輸損耗，而該波長石英材料吸收超過800 dB/m。

  該項(xiàng)研究中，研究人員從Snyder和Love的經(jīng)典光波導(dǎo)理論出發(fā)，將模態(tài)重疊因子的概念推廣至空芯光纖領(lǐng)域，嚴(yán)格推導(dǎo)出模態(tài)重疊因子的半解析表達(dá)式，用于表征空芯光纖的材料吸收對于傳輸損耗的貢獻(xiàn)。研究將半解析表達(dá)式計(jì)算結(jié)果與有限元方法數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)比較，證明了該模型的精確性與有效性。此外，還系統(tǒng)探討了高材料吸收條件下低損反諧振空芯光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，對中紅外波段石英基反諧振空芯光纖的傳輸極限進(jìn)行了預(yù)測。

  相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金、上海市自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃的資助。

圖1 仿真所用AR-HCF模型及三種不同芯徑AR-HCF的總損耗隨包層材料吸收的變化。灰線為采用新提出的模式重疊公式得到的損耗預(yù)測結(jié)果。

圖2 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下石英基六芯AR-HCF的計(jì)算損耗。