我国科研人员制备出世界首款高双折射反谐振空芯光纤

  暨南大学汪滢莹教授课题组和北京工业大学王璞教授课题组使用一种新结构—双壁厚准四重旋转对称的半管结构，设计并制备出世界首款双折射接近10-4的高双折射反谐振空芯光纤，实验证明该光纤在波长1550 nm附近可实现带宽约133 nm宽带保偏光传输。

  相比于传统的实芯光纤，在空气区域导光的空芯光纤具有低延迟、低色散、低非线性、高光致损伤阈值、抗干扰和可填充液体或气体的高度灵活性等优势。近年来，随着空芯光纤技术的飞速发展，该类光纤中的佼佼者——反谐振反射型空芯光纤脱颖而出，展现出可以打破石英光纤瑞利散射极限，实现超低损耗的潜力。优秀的光学性能使空芯光纤被冠以“光纤V2.0”的美誉。

  然而，“偏振特性”的缺失为空芯光纤的未来蒙上了一层阴影。由于传统的双折射技术，如应力双折射、形状双折射等均不适用于空芯光纤，反谐振空芯光纤一直难以获得真正意义上的偏振保持特性，这限制了其在高精度光纤陀螺、激光器系统等领域的应用。

  暨南大学汪滢莹教授课题组和北京工业大学王璞教授课题组使用了一种全新的光纤结构，将双壁厚的准四重对称设计与半管结构相结合。前者可以在光纤中产生偏振相关性的反交叉效应(一种模式耦合效应)以产生双折射，而后者则可以借助灵活的自由度，通过调节圆弧的长度来改变包层结构中空气区域的大小，进而实现尽可能高效的反谐振反射来降低光纤的传输损耗。

  仿真计算表明，该光纤可同时实现宽带的高双折射10-4，且最低损耗小于20 dB/km。令人兴奋的是，经改良的堆积拉制方法验证了该光纤具有实际制备的可行性。实际拉制的光纤展现出双折射9.1×10-5、带宽133 nm、最低损耗185 dB/km的优良性能。利用11 m长光纤实现了偏振消光比约30 dB的宽带保偏光传输，且可以抵抗弯曲或温度条件变化引入的扰动。图1为实验示意图。

图1 保偏反谐振光纤(a)扫描电镜图，(b)群双折射(Bg)与相双折射(Bp)测量与仿真曲线，(c、d)两偏振方向传输与损耗谱

  研究者相信，该项研究将进一步推进反谐振空芯光纤投入大量实际应用领域的步伐。随着制备工艺的成熟，该类高性能且具有偏振保持特性的反谐振空芯光纤有望在各类偏振相关的光学系统中大放异彩。相关论文在线发表在Laser & Photonics Reviews上，文章第一作者为洪奕峰博士生，通信作者为高寿飞副研究员、丁伟研究员和汪滢莹研究员。

  论文信息：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

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.202100365