1 燕山大学理学院，亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室，河北省微结构材料物理重点实验室，河北 秦皇岛 066004
2 中国科学院西安光学精密机械研究所，瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
提出并研究了一种以硫系玻璃为基底材料的红外负曲率反谐振光纤，该光纤在4 μm附近可低损耗、单模单偏振传输光信号。利用有限元法对其性能进行数值仿真，结果表明：该光纤在3.99~4.00 μm波长范围内具有良好的单模单偏振特性，特别是在4 μm波长处，偏振消光比和高阶模式消光比分别达到491和649，表明其保偏性能具有很好的稳定性；该光纤具有低损耗传输特性，在3.92~4.01 μm波长范围内，偏振基模均可维持在平坦且损耗很低的反谐振区域内，尤其在4 μm波长处，偏振基模的损耗仅为1.8×10-4 dB/m；该光纤具有良好的抗弯曲能力，在单模单偏振传输下，弯曲损耗始终小于10-3 dB/m。该红外负曲率反谐振光纤不仅在中红外波段的通信和医疗系领域具有良好的应用前景，也为工作在4 μm波段的量子级联探测器提供了纯净光源。
光纤光学 负曲率空芯光纤 空芯反谐振光纤 单模 单偏振 有限元法 光学学报
2023, 43(19): 1906003
合肥工业大学电子科学与应用物理学院光学工程系, 安徽 合肥 230601
设计了一种具有偏振滤波特性和保偏特性的空芯负曲率光纤 (HC-NCF), 并对其特性进行了分析。通过引入内包层管破坏常规 HC-NCF 的对称性, 使两个正交方向的基模和内包层玻璃管模式进行耦合, 从而增加两个偏振方向的折射率和损耗差异。进而对光纤双折射特性和损耗的影响因素进行分析, 包括内包层管的壁厚、内包层管的内直径和纤芯直径。结果表明, 当光纤纤芯直径和外包层管环内直径为 30 μm, 外包层和内包层管环壁厚分别为 1.116 μm 和 1.56 μm, 内包层管的内直径为 9 μm 时, 在 1.55 μm 波长处双折射达到 1.33×10-4，基模 x 偏振和 y 偏振方向的偏振消光比达到 4723 (36.7 dB)，并且偏振消光比大于 100 的带宽为 7 nm。 此外, 1.55 μm 波长处的最低损耗约为 0.03 dB/m。这种保偏 HC-NCF 可应用于对偏振敏感的光纤器件。
物理光学 负曲率光纤 双折射 限制损耗 偏振滤波 physical optics negative curvature fibers birefringence confinement loss polarization filter
1 中国科学院西安光学精密机械研究所瞬态光学与光子技术国家重点实验室，陕西 西安 710119
2 中国科学院大学，北京 100045
3 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
随着红外光学的不断发展，**安全、生物医疗、先进制造等领域对红外激光传输的需求越来越迫切，基于非氧化物玻璃的红外传能光纤日益受到重视。硫系玻璃作为一种优秀的红外材料，具有透过范围广、物化性能稳定、易于成纤等特点，是制备红外传能光纤的理想材料之一。介绍了国内外有关红外激光传输用硫系光纤(包括阶跃型光纤和微结构光纤)的最新研究进展，分析了目前存在的问题，指出了下一步的发展方向。
1 燕山大学 信息科学与工程学院 河北省特种光纤与光纤传感重点实验室，河北秦皇岛 066004
2 济南大学 物理科学与技术学院，山东济南 250022
提出一种保偏空芯负曲率光纤，可用于传输工作波长为2.94 μm的中红外激光。首先通过调整y方向包层管的厚度和嵌套管到包层管内径的最大距离使 y方向偏振模式与包层管表面模式发生微弱耦合，再通过优化纤芯直径和包层管的外径诱导y方向偏振模式与包层管表面模式发生相位匹配，造成y方向偏振模式泄露出纤芯。包层管间的缝隙引导高阶模式泄露出纤芯，而x方向偏振模式因包层管和嵌套管的厚度具有抑制耦合的作用而保持低损耗传输。最终得到一种工作波长为2.94 μm的保偏空芯负曲率光纤，x方向偏振模式的限制损耗为2.8×10-2 dB/m，偏振消光比大于2×103，高阶模抑制比大于100，双折射为1.4×10-5。当光纤y方向弯曲，且半径为25 cm时，弯曲损耗为0.62 dB/m。
中红外激光 空芯 保偏 负曲率光纤 mid-infrared laser hollow core polarization maintaining negative curvature fiber
1 The key laboratory for special fiber and fiber sensor of Hebei Province, Institute of information science and technology, Yanshan University, Qinhuangdao066004, China
2 School of Physics and Technology, University of Jinan, Jinan500, China
提出一种红外波段低损耗的空芯反谐振光纤，石英包层管为半圆半椭圆拼接结构，采用全矢量有限元法进行设计与研究。半椭圆管的半短长轴与半圆管的半径相等，将半圆管与半椭圆管进行拼接，改变半圆的半径以及半椭圆管的半长轴来改变靠近纤芯处的负曲率以及远离纤芯的正曲率，进而研究包层管的正负曲率对空芯反谐振光纤的损耗特性的影响，设计应用于1.5~3.0 μm波段的低损耗空芯反谐振光纤。结果显示负曲率较小正曲率较大时限制损耗效果更好。当靠近纤芯处为圆形半管远离纤芯处为椭圆半管，圆形半径ry=25 μm，椭圆的半长轴rx=65 μm，半短长轴ry=25 μm时，光纤最低限制损耗在波长2.1 μm处为8.22×10-2 dB/km。
红外波段 空芯反谐振光纤 负曲率 限制损耗 infrared band hollow-core anti-resonant fiber negative curvature confinement loss
1 天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所, 天津 300072
2 天津大学 光电信息技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对紧凑型、高效的光泵太赫兹激光器(OPTL)技术, 设计了基于负曲率空芯光纤的长腔型光泵太赫兹光纤激光器(OPTFL)结构。该OPTFL以聚甲基戊烯(PMP)材料的空芯光纤为工作气室, 填充甲醇气体作为工作物质, 采用连续9P(36)支CO2激光器为泵浦源。从速率方程理论和空芯光纤的传输理论出发, 分析了影响OPTFL输出特性的因素, 并对负曲率空芯光纤内部微结构进行了探索, 通过调整内部结构, 能够实现较低损耗的单模太赫兹激光传输。结合设计的负曲率空芯光纤, 对长腔型OPTFL的可行性进行了分析, 理论计算表明, 在最佳工作条件下, 通过适当增加谐振腔长度, 太赫兹激光输出功率有望达到百毫瓦量级。研究结果为高功率、高性能的OPTFL提供了一种新的方法与理论指导。
太赫兹激光器 负曲率空芯光纤 速率方程 单模 terahertz laser negative curvature hollow-core fiber rate equations single mode 红外与激光工程
2020, 49(2): 0205001
华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430074
基于反谐振反射光波导模型和模式耦合模型分析了负曲率空芯光纤的导光机理,利用有限元法模拟计算了圆形管环负曲率空芯光纤的结构参数对基模限制损耗的影响。通过分析嵌套环优化基模限制损耗机理,发现嵌套环之间的空气层对反谐振反射也有贡献,且嵌套环在不同管环数量下对限制损耗优化的影响不同。设计了一种纤芯直径不超过20 μm的低限制损耗负曲率空芯光纤,其在1550 nm处的限制损耗小于1 dB/km,可保证单模传输。
光纤光学 空芯光纤 限制损耗 有限元法 负曲率 嵌套环 激光与光电子学进展
2019, 56(5): 050602
1 中国科学院 光电研究院 国家半导体泵浦激光工程技术研究中心, 北京 100094
2 中国科学院大学, 北京 101407
3 俄罗斯科学院 光纤研究中心, 莫斯科 119333,俄罗斯
为了实现对飞秒激光器产生的超短脉冲的进一步压缩, 对近年来出现的一种新型负曲率空芯光纤展开了研究, 并基于该光纤对800 nm飞秒激光进行了压缩实验。首先介绍了一种圆形玻璃管包层结构的负曲率空芯光纤, 通过有限元方法对光纤的损耗特性进行计算, 并与实验测试结果进行对比。然后利用广义非线性薛定谔方程对脉冲在光纤中的传输进行了模拟仿真。最后利用该光纤进行了超短脉冲压缩实验, 将脉冲宽度为160 fs的钛宝石飞秒激光耦合进一段充高压氩气的圆形玻璃管包层结构的负曲率空芯光纤, 通过光纤内反常色散和自相位调制的共同作用, 得到84 fs的输出, 实现脉冲的压缩, 实验结果与仿真计算一致。这种新型的负曲率空芯光纤损伤阈值高、色散、非线性系数小且灵活可调, 非常适用于超快领域研究。
负曲率 空芯光纤 脉冲压缩 negative-curvature hollow-core fiber pulse compression
