Наскоро изследователският център Russell Advanced Lightwave Research към Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI), заедно с Wuhan University of Technology (WUT) и Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd., направиха пробив в кухината с ултрависока едномодова чистота -ядрено антирезонансно микроструктурирано оптично влакно. Екипът проектира и произведе антирезонансно микроструктурирано влакно с куха сърцевина с капилярно разпределение с неравномерна стъпка и структура с двойна обвивка и демонстрира, че потискането на режима от по-висок порядък на влакното близо до 1585 nm е около един до два порядъка с магнитуд по-висок от този на докладваните влакна с куха сърцевина.
Антирезонансното микроструктурирано влакно с куха сърцевина е нов тип вълновод от микроструктурирани влакна, насочван от въздушни отвори с нисък индекс на пречупване, който има предимствата на широкоспектърно световодене, ниска дисперсия, ниски нелинейности, голяма площ на модовото поле и висок лазер праг на повреда и привлича вниманието на изследователите, защото предоставя отлична платформа за предаване за изследвания в областта на лазерното предаване, оптичната комуникация, оптичното отчитане и нелинейната оптика. От една страна, добрите едномодови характеристики са важни за влакна с куха сърцевина в практически приложения, като например високоефективно отчитане на влакна, оптични комуникации и интелигентна обработка на предаване на лазерна енергия. Въпреки това, поради ограничението на неговия принцип на насочване на светлина, е трудно да се постигне ефективно потискане на режими от по-висок ред във влакна с куха сърцевина, подобно на това във влакна с твърда сърцевина. Оптимизирането на едномодовите характеристики на оптичните влакна често се постига чрез проектиране на размера на структурата на влакната, за да се постигнат режими от по-висок порядък в сърцевината и режимите на обвивката, за да се постигнат условия за фазово съвпадение, увеличавайки загубата на режими от по-висок порядък и филтриране на определен основен режим. Въпреки това, този тип решение не филтрира ефективно други режими от по-висок порядък в ядрото и остатъчните режими от по-висок порядък все още могат да причинят проблеми като колебания на изходната мощност поради интермодална интерференция или пресичане на предадени сигнали, особено в случай приложения, използващи по-къси оптични влакна.
За да се справи с тези проблеми, екипът на Ръсел проучи различен подход за филтриране на режим от по-висок порядък, първо, чрез въвеждане на по-голямо разстояние между отворите между облицовъчните капиляри на антирезонансно фотонно кристално влакно с празна сърцевина с равномерно разстояние между отворите за подобряване на изтичане на режими от по-висок порядък, и второ, чрез въвеждане на подходящ въздушен слой извън корпуса от външната страна на първата обвивка за изграждане на втори антирезонансен облицовъчен слой на влакното, както е показано на Фиг. 1а по-долу. Поради разликите в ефективните напречни дължини на вълните на различните режими, тази структура значително подобрява загубата на режим от по-висок порядък при специфични дължини на вълната и поддържа загубата на основния режим относително ниска. Екипът експериментално успя да подготви антирезонансно влакно с куха сърцевина с двойна обвивка (фиг. 1b), което образува плътни резонансни пикове в дългия интервал на дължина на вълната над ~ 1 μm, осигурявайки многостепенен прозорец за лазерно предаване с ултрависока единична -модна чистота, както е показано на фиг. 1c. Освен това, както е показано на Фиг. 2, експериментално е потвърдено, че коефициентът на отхвърляне на режима от по-висок порядък на ядрото LP11 на това антирезонансно фотонно кристално влакно с двойна обвивка и куха сърцевина близо до 1585 nm е толкова високо, колкото 60 dB/km, което е с около един до два порядъка по-висок от този на докладваните влакна с оптимизирана едномодова чистота. В допълнение, това проучване потвърждава гъвкавата регулируемост на интервала на предаване с висока едномодова чистота на това антирезонансно влакно с куха сърцевина с вариацията на налягането на пълнещия газ, което ефективно разширява интервала на дължината на вълната, наличен за едномодово влакно с висока чистота . Валидирането на ултрависока едномодова чистота в микроструктурирани влакна с куха сърцевина и структура с двойна обвивка осигурява нова идея за приложения, изискващи висока чистота на режими на влакна, като предаване на енергия с влакнест лазер, оптична комуникация или оптично отчитане.
Резултатите от свързаните изследвания са публикувани в списанието „Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber“ Резултатите от изследването са публикувани в Laser & Photonics Reviews, водещо списание за лазери и фотоника . Д-р Zhuozhao Luo, съвместен докторант от Технологичния университет на Ухан и Шанхайския институт по оптични машини (SIOM), беше първият автор, а асоциираният изследовател Jiapeng Huang, изследователят Xin Jiang и изследователят Mian Pang от Russell Center бяха съ-кореспондентите автори, заедно с д-р Ruochen Yin, докторант от SIOM, и д-р Yu Zheng от Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Тази изследователска работа беше ръководена от проф. Филип Ръсел, чуждестранен академик на Китайската академия на науките, и подкрепена от Шанхайския план за действие за научни и технологични иновации (21ZR1482700), Националната природонаучна фондация на Китай (62275254), Програмата за изграждане и експлоатация на лаборатория Zhangjiang (20DZ2210300), Националната програма за таланти на високо ниво за младежи и Fuyang High-level Talent програма. Програма за таланти на високо ниво и друга подкрепа.
Фигура 1 (a) Теоретичен дизайн, (b) сканираща електронна микроскопия и (c) тестов модел на спектър на предаване на антирезонансно фотонно кристално влакно с куха сърцевина с двойно покритие
Фигура 2 (a) Карти на близкото поле на режим LP01 и LP11, получени от селективно възбуждане на режима, (b) резултати от загуба на режим LP01 и LP11, (c) криви FOM на коефициента на потискане на режима от по-висок ред, (d) централни дължини на вълните на максимални стойности на FOM11 (лявата ос) и високи интервали на стойности FOM11 (дясна ос) за антирезонансните фотонни кристални влакна с двойна обвивка с куха сърцевина с азотен пълнеж от 1-25 бар, (e) централни дължини на вълните при измерени криви FOM при стойности на налягането на газа от 1 bar, 10 bar и 20 bar
