中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗室研究團隊在中紅外波段反諧振空芯光纖基礎研究中取得新進(jìn)展。團隊圍繞光纖材料吸收引發(fā)空芯光纖傳輸損耗這一光波導基本問(wèn)題開(kāi)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）。
近年來(lái)，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(zhù)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(cháng)實(shí)現了0.04 dB/m的傳輸損耗，而該波長(cháng)石英材料吸收超過(guò)800 dB/m。
該項研究中，研究人員從Snyder和Love的經(jīng)典光波導理論出發(fā)，將模態(tài)重疊因子的概念推廣至空芯光纖領(lǐng)域，嚴格推導出模態(tài)重疊因子的半解析表達式，用于表征空芯光纖的材料吸收對于傳輸損耗的貢獻。研究將半解析表達式計算結果與有限元方法數值計算系統比較，證明了該模型的精確性與有效性。此外，還系統探討了高材料吸收條件下低損反諧振空芯光纖的優(yōu)化設計原則，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(xiàn)為采用新提出的模式重疊公式得到的損耗預測結果
圖2 不同結構參數下石英基六芯AR-HCF的計算損耗
