Onlangs hebben het Russell Advanced Lightwave Research Center van het Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI), samen met de Wuhan University of Technology (WUT) en Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. een doorbraak bereikt in ultrahoge single-mode zuiverheid holle kern anti-resonantie microgestructureerde optische vezel. Het team ontwierp en vervaardigde een holle kern, anti-resonante microgestructureerde vezel met een niet-gelijke-pitch capillaire distributie en een dubbele bekledingsstructuur, en toonde aan dat de hogere-orde modusonderdrukking van de vezel nabij 1585 nm ongeveer een tot twee ordes van grootte hoger is dan die van gerapporteerde holle kernvezels.
De holle kern anti-resonante microgestructureerde vezel is een nieuw type microgestructureerde vezelgolfgeleider geleid door luchtgaten met een lage brekingsindex, die de voordelen heeft van brede spectrale lichtgeleiding, lage dispersie, lage niet-lineariteiten, groot modusveldgebied en hoge laserschadedrempel, en de aandacht van onderzoekers heeft getrokken omdat het een uitstekend transmissieplatform biedt voor onderzoek op het gebied van lasertransmissie, glasvezelcommunicatie, glasvezeldetectie en niet-lineaire optica. Enerzijds zijn goede single-mode-eigenschappen belangrijk voor holle kernvezels in praktische toepassingen zoals hoogwaardige glasvezeldetectie, glasvezelcommunicatie en intelligente verwerking van laserenergietransmissie. Vanwege de beperking van het lichtgeleidingsprincipe is het echter moeilijk om effectieve onderdrukking van hogere-orde modi in holle kernvezels te bereiken die vergelijkbaar is met die in vaste kernvezels. De optimalisatie van single-mode kenmerken van optische vezels wordt vaak bereikt door het ontwerp van de vezelstructuurgrootte om hogere-orde modi in de kern te bereiken en de cladding-modi om fase-matchingcondities te bereiken, waardoor het verlies van hogere-orde modi toeneemt en een bepaalde kernmodus wordt uitgefilterd. Dit type oplossing filtert echter niet effectief andere hogere-orde modi in de kern uit, en de resterende hogere-orde modi kunnen nog steeds problemen veroorzaken, zoals schommelingen in het uitgangsvermogen als gevolg van intermodale interferentie of overspraak van verzonden signalen, met name in het geval van toepassingen die kortere optische vezels gebruiken.
Om deze problemen aan te pakken, onderzocht Russells team een andere benadering van hogere-orde modusfiltering, ten eerste door een grotere gatafstand te introduceren tussen de capillairen van een lege kern, antiresonante fotonische kristalvezel met een uniforme gatafstand om het lekken van hogere-orde modi te verbeteren, en ten tweede door een geschikte luchtlaag buiten de behuizing aan de buitenkant van de eerste bekleding te introduceren om een tweede antiresonante bekledingslaag van de vezel te construeren, zoals weergegeven in Fig. 1a hieronder. Vanwege de verschillen in de effectieve transversale golflengten van verschillende modi, verbetert deze structuur het verlies van hogere-orde modus bij specifieke golflengten aanzienlijk en houdt het het verlies van de fundamentele modus relatief laag. Het team slaagde er experimenteel in om een dubbele bekleding holle-kern antiresonante vezel (Fig. 1b) te bereiden, die dichte resonante pieken vormt in het lange golflengte-interval boven ~1 μm, wat een multilevelvenster biedt voor lasertransmissie met ultrahoge enkelvoudige moduszuiverheid, zoals weergegeven in Fig. 1c. Verder is, zoals weergegeven in Fig. 2, experimenteel geverifieerd dat de core LP11 hogere-orde modus afwijzingsverhouding van deze dubbel beklede holle kern anti-resonante fotonische kristalvezel nabij 1585 nm zo hoog is als 60 dB/km, wat ongeveer een tot twee ordes van grootte hoger is dan die van de gerapporteerde vezels met geoptimaliseerde single-mode zuiverheid. Bovendien verifieert deze studie de flexibele afstembaarheid van het transmissie-interval met hoge single-mode zuiverheid van deze holle kern anti-resonante vezel met de variatie van de vulgasdruk, wat effectief het golflengte-interval vergroot dat beschikbaar is voor single-mode met hoge zuiverheid. De validatie van ultrahoge single-mode zuiverheid in holle kern microgestructureerde vezels met dubbele bekledingsstructuur biedt een nieuw idee voor toepassingen die een hoge zuiverheid van vezelmodi vereisen, zoals vezellaserenergietransmissie, glasvezelcommunicatie of glasvezeldetectie.
De gerelateerde onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber". De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Laser & Photonics Reviews, een toonaangevend tijdschrift op het gebied van laser en fotonica. Dr. Zhuozhao Luo, een gezamenlijke PhD-student van de Wuhan University of Technology en het Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), was de eerste auteur, en Associate Researcher Jiapeng Huang, Researcher Xin Jiang en Researcher Mian Pang van Russell Center waren de co-corresponderende auteurs, samen met Dr. Ruochen Yin, een PhD-student van SIOM, en Dr. Yu Zheng van Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Dit onderzoekswerk werd begeleid door Prof. Philip Russell, een buitenlandse academicus van de Chinese Academie van Wetenschappen, en ondersteund door het Shanghai Science and Technology Innovation Action Plan (21ZR1482700), de National Natural Science Foundation of China (62275254), het Zhangjiang Laboratory Construction and Operation Program (20DZ2210300), het National High-level Talent Youth Program en het Fuyang High-level Talent Program. High-level Talent Program en andere ondersteuningen.
Figuur 1 (a) Theoretisch ontwerp, (b) scanning elektronenmicroscopie en (c) transmissiespectrumtestpatroon van dubbel beklede holle kern antiresonante fotonische kristalvezel
Figuur 2 (a) LP01- en LP11-modus nabije-veldkaarten verkregen uit modusselectieve excitatie, (b) LP01- en LP11-modusverliesresultaten, (c) FOM-curven van hogere-orde modusonderdrukkingsverhouding, (d) middelste golflengten van de maximale FOM11-waarden (linkeras) en hoge FOM11-waarde-intervallen (rechteras) voor de dubbele ommanteling holle-kern antiresonante fotonische kristalvezels met stikstofvulling van 1-25 bar, (e) middelste golflengten bij FOM-curven gemeten bij gasdrukwaarden van 1 bar, 10 bar en 20 bar
