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 gjennombrudd innen ultra-høy enkeltmodus renhet hulrom. -kjerne anti-resonans mikrostrukturert optisk fiber. Teamet designet og produserte en hulkjerne, anti-resonant mikrostrukturert fiber med en kapillærfordeling uten lik stigning og en dobbeltkledningsstruktur, og demonstrerte at fiberens høyere ordens modusundertrykkelse nær 1585 nm er omtrent en til to ordrer. av størrelse høyere enn for rapporterte hulkjernefibre.
Den hulkjernede anti-resonante mikrostrukturerte fiberen er en ny type mikrostrukturert fiberbølgeleder ledet av lufthull med lav brytningsindeks, som har fordelene med bred spektral lysføring, lav spredning, lav ikke-linearitet, stort modusfeltområde og høy laser. skadeterskel, og har tiltrukket seg oppmerksomhet fra forskere fordi den gir en utmerket overføringsplattform for forskning innen laseroverføring, fiberoptisk kommunikasjon, fiberoptisk sensing og ikke-lineær optikk. På den ene siden er gode enkeltmodusegenskaper viktige for hulkjernefibre i praktiske applikasjoner som høyytelses fiberføling, fiberoptisk kommunikasjon og intelligent prosessering av laserenergioverføring. På grunn av begrensningene i dets lysledende prinsipp er det imidlertid vanskelig å oppnå effektiv undertrykkelse av høyere ordens moduser i hulkjernefibre som ligner den i solidkjernefibre. Optimaliseringen av enkeltmoduskarakteristikker til optiske fibre oppnås ofte gjennom utformingen av fiberstrukturstørrelsen for å oppnå høyere ordensmoduser i kjernen og kledningsmodusene for å oppnå fasetilpasningsforhold, noe som øker tapet av høyere ordensmoduser og filtrere ut en bestemt kjernemodus. Imidlertid filtrerer ikke denne typen løsninger effektivt ut andre høyere-ordens moduser i kjernen, og de resterende høyere-ordens modusene kan fortsatt forårsake problemer som utgangseffektsvingninger på grunn av intermodal interferens eller krysstale av overførte signaler, spesielt i tilfellet av applikasjoner som bruker kortere optiske fibre.
For å løse disse problemene, utforsket Russells team en annen tilnærming til høyere ordens modusfiltrering, for det første ved å introdusere en større hullavstand mellom kledningskapillærene til en tomkjerne, anti-resonant fotonisk krystallfiber med en jevn hullavstand for å forbedre lekkasje av høyere ordens moduser, og for det andre ved å innføre et passende luftlag utenfor foringsrøret på utsiden av den første kledningen for å konstruere et andre anti-resonant kledningslag av fiberen, som vist i fig. la nedenfor. På grunn av forskjellene i de effektive tverrgående bølgelengdene til forskjellige moduser, forbedrer denne strukturen betydelig høyere-ordens modustapet ved spesifikke bølgelengder og holder tapet av den fundamentale modusen relativt lavt. Teamet lyktes eksperimentelt med å forberede en dobbeltkledning med hulkjerne anti-resonant fiber (fig. 1b), som danner tette resonanttopper i det lange bølgelengdeintervallet over ~1 μm, og gir et flernivåvindu for laseroverføring med ultrahøy enkelt -modusrenhet, som vist i fig. 1c. Videre, som vist i fig. 2, er det eksperimentelt verifisert at avvisningsforholdet for kjerne LP11 høyere-ordens modus for denne dobbeltkledde hulkjerne anti-resonante fotoniske krystallfiberen nær 1585 nm er så høy som 60 dB/km, som er omtrent en til to størrelsesordener høyere enn for de rapporterte fibrene med optimert enkeltmodusrenhet. I tillegg verifiserer denne studien den fleksible avstemmingsevnen til overføringsintervallet med høy enkeltmodusrenhet til denne hulkjerne-anti-resonante fiberen med variasjonen av fyllingsgasstrykket, som effektivt utvider bølgelengdeintervallet tilgjengelig for enkelmodus med høy renhet . Valideringen av ultrahøy enkeltmodusrenhet i hulkjernede mikrostrukturerte fibre med dobbeltkledningsstruktur gir en ny idé for applikasjoner som krever høy renhet av fibermoduser, for eksempel fiberlaserenergioverføring, fiberoptisk kommunikasjon eller fiberoptisk sensing.
De relaterte forskningsresultatene er publisert i tidsskriftet "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber" Forskningsresultatene ble publisert i Laser & Photonics Reviews, et topptidsskrift for laser og fotonikk . Dr. Zhuozhao Luo, en felles PhD-student ved Wuhan University of Technology og Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), var den første forfatteren, og førsteforfatter Jiapeng Huang, forsker Xin Jiang og forsker Mian Pang fra Russell Center var de medkorresponderende forfattere, sammen med Dr. Ruochen Yin, en PhD-student ved SIOM, og Dr. Yu Zheng fra Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Dette forskningsarbeidet ble veiledet av prof. Philip Russell, en utenlandsk akademiker ved det kinesiske vitenskapsakademiet, og støttet av 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 høyt nivå og annen støtte.
Fig. 1 (a) Teoretisk design, (b) skanningselektronmikroskopi, og (c) transmisjonsspektrumtestmønster av dobbeltkledd hulkjerne anti-resonant fotonisk krystallfiber
Fig. 2 (a) LP01- og LP11-modus nærfeltkart hentet fra modusselektiv eksitasjon, (b) LP01- og LP11-modustapresultater, (c) FOM-kurver for høyere-ordens modusundertrykkelse, (d) senterbølgelengder til maksimale FOM11-verdier (venstre akse) og høye FOM11-verdiintervaller (høyre akse) for de dobbeltkledningde hulkjerne anti-resonante fotoniske krystallfibrene med nitrogenfylling fra 1-25 bar, (e) senterbølgelengder ved FOM-kurver målt ved gasstrykkverdier på 1 bar, 10 bar og 20 bar
