【儀表網 研發快訊】近期，西安光機所光子功能材料與器件研究室郭海濤研究員團隊在中紅外空芯反諧振光纖(HC-ARF)研究方面取得重要進展。科研團隊基于自研的硫系玻璃材料研制出一款“七孔接觸式”HC-ARF，理論成功預測并通過實驗驗證光纖在中紅外波段存在多個低損耗傳輸通帶，兼具優異的高階模抑制特性，并且存在進一步降低光纖損耗至0.01 dB/m的空間(比目前實芯階躍型硫系光纖損耗低1個數量級以上)。相關研究成果發表在Optics Express。論文第一作者為西安光機所博士生張豪，通訊作者為郭海濤研究員。
21世紀以后，中紅外光纖激光器的功率/脈寬不斷突破，但紅外光纖材料的本征缺陷也越來越突出，如非線性、色散、光致損傷、材料吸收損耗等，這在傳統實芯光纖中很難獲得實質性突破，這些特征也就成為了制約中紅外光纖技術發展的瓶頸。近年來，基于反諧振效應的HC-ARF因其傳輸帶寬、激光損傷閾值高、傳輸損耗低和模式純度高等優異特性而逐漸獲得關注。雖然HC-ARF應用領域在不斷擴張，但光纖拉制難度也成為了籠罩在研究人員頭頂的一朵烏云，實際光纖損耗一直徘徊在幾個dB/m水平。諸多國際知名公司或科研機構都在集中力量攻克這一難題，國內也鮮有光纖實際制備的相關報道。
該成果團隊懷著“解放光纖技術應用中的材料限制”的夢想，開始了對中紅外空芯反諧振光纖的探索。他們從實際制備和應用角度出發，基于紅外玻璃材料特點，創新性提出“七孔接觸式”結構，利用有限元法對光纖的限制損耗、彎曲損耗、材料損耗和高階模抑制等光纖性能進行理論仿真，基于As40S60硫系玻璃結合堆積拉制法和雙路氣壓控制技術，成功制備出結構復現性良好的HC-ARF。測試數據表明，該光纖具有高階模式抑制特性和多個低損耗傳輸通帶，在4.79 μm激光波長處損耗僅為1.29 dB/m。此外，研究團隊還深入研究了不同工藝參數下光纖結構的演化規律，分析造成額外光纖損耗的關鍵因素，并對該結構光纖的理論損耗極限進行了預測，為HC-ARF的結構設計和拉制提供理論支撐。
圖(a)堆積拉制法和雙路氣壓控制技術(b)光纖預制棒 (c)光纖的理論損耗與實測損耗
該項研究得到了國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、廣東省光纖傳感與通信技術重點實驗室開放基金的資助。
光子功能材料與器件研究室的主要研究方向是西安光機所的優秀傳統學科，它圍繞高科技領域對光子功能材料和器件的需求，開展光子功能玻璃、特種光纖及器件的制備和應用技術研究，建立了“玻璃-光纖-器件”全鏈條一體化研究平臺，研制了覆蓋“可見-近紅外-中紅外-太赫茲”波段的增益、通信、傳能及成像光纖和器件，性能優良，是國內特種玻璃、光纖材料研制的優勢單位之一。(光子功能材料與器件研究室 供稿)
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