上海光机所在反谐振空芯光纤材料损耗理论研究取得进展
- 2020/4/14 10:45:50 23523
- 来源：仪表网
【仪表网 仪表研发】近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队在中红外波段反谐振空芯光纤基础研究中取得新进展。团队围绕光纤材料吸收引发空芯光纤传输损耗这一光波导基本问题开展了深入理论研究，建立了空芯光纤材料损耗的解析模型，并利用该模型预测了石英基玻璃材料在4微米中红外波段的损耗极限。
光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传输原理是光的全反射。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。分为单模光纤、多模光纤、特种光纤等，具有带宽宽、无串音、抗核辐射等优点。
近年来，反谐振空芯光纤(AR-HCF)因其宽带、低损的传输特性获得广泛关注。由于绝大部分光被限制在空气芯中，反谐振空芯光纤能够极大克服基体材料本身吸收的影响，显著降低材料损耗。目前使用石英玻璃制备反谐振空芯光纤，在4微米波长实现了0.04 dB/m的传输损耗，而该波长石英材料吸收超过800 dB/m。
空心光纤主要用于能量传送，可供X射线、紫外线和远红外线光能传输。空心光纤结构有两种：一是将玻璃作成圆筒状，其纤芯与包层原理与阶跃型相同。利用光在空气与玻璃之间的全反射传播。由于，光的大部分可在无损耗的空气中传播，具有一定距离的传播功能。二是使圆筒内面的反射率接近1，以减少反射损耗。为了提高反射率，有在简内设置电介质，使工作波长段损耗减少的。例如可以作到波长10.6pm损耗达几dB/m的。
该项研究中，研究人员从Snyder和Love的经典光波导理论出发，将模态重叠因子的概念推广至空芯光纤领域，严格推导出模态重叠因子的半解析表达式，用于表征空芯光纤的材料吸收对于传输损耗的贡献。研究将半解析表达式计算结果与有限元方法数值计算系统比较，证明了该模型的精确性与有效性。此外，还系统探讨了高材料吸收条件下低损反谐振空芯光纤的优化设计原则，对中红外波段石英基反谐振空芯光纤的传输极限进行了预测。
资料来源：百科、上海光学精密机械研究所
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