提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析，并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明，三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗，其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。
光学器件 空芯太赫兹光纤 反谐振 模式耦合 损耗特性 带宽分析
江西理工大学 信息工程学院, 江西 赣州 341000
针对光纤包层管正曲率部分现有研究较少的情况, 提出一种基于包层管正曲率调控的新型太赫兹反谐振光纤。首先, 对比研究了圆形包层管与半圆半椭圆形包层管的太赫兹反谐振光纤的结构, 分析了正曲率对光纤限制损耗的影响及主要机理; 然后, 对太赫兹反谐振光纤的结构进行优化, 即在光纤间隙处采用了2层包层管结构; 最后, 对3种结构的光纤的限制损耗性能进行仿真计算, 并对新型太赫兹反谐振光纤的单模特性进行分析。仿真结果表明: 与其它结构的光纤相比, 新型太赫兹反谐振光纤的限制损耗为10-5 dB/m数量级, 且在2.5~3.1 THz波段保持良好的单模特性。
太赫兹波导 反谐振光纤 正曲率 限制损耗 Terahertz waveguide, anti-resonant fiber, positive
南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
随着光纤通信技术的不断发展，基于轨道角动量（OAM）模式传输的空分复用技术引起了人们的广泛关注。本文提出了一种反谐振光纤（ARF），其结构主要分为三部分：内层高折射率紫水晶玻璃管作为环芯，其有效增大了纤芯与包层的折射率差，有利于OAM模式的稳定传输；中间层二氧化硅（SiO2）玻璃管起到调节色散的作用；外层负曲率管处于反谐振状态，进一步增强了对环芯光子能量的限制。该光纤可在1.5~1.7 μm波段内稳定传输130个OAM模式。基于矢量有限元法（FEM）对ARF进行建模仿真与分析，结果表明，最大有效折射率差为6.08×10-3，最小色散变化率仅为0.43 ps·nm-1·km-1，限制损耗（CL）维持在10-14~10-8dB/m量级之间且最高模式纯度达到99.26%，有效模场面积最大值为187.38 μm2，非线性系数最小值为0.87 W-1·km-1，数值孔径（NA）均大于0.064。此外，还分析了光纤制作误差对其性能的影响。本文所设计的支持OAM模式传输的ARF在长距离光纤通信、高速信息传输等领域具有广泛的应用前景。
轨道角动量 反谐振光纤 限制损耗 色散 光纤通信 光学学报
2023, 43(23): 2306006
1 输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学电气工程学院），重庆 400044
2 中国石化集团重庆川维化工有限公司，重庆 401254
基于空芯反谐振光纤设计搭建了光纤增强拉曼光谱检测平台，实现了95%的激光耦合效率；提出CCD和小孔协同降噪方法，使信噪比提高约6倍；相比于未使用光纤时，信噪比提高约270倍。基于单一标准浓度气体分析，确定了用于气体定性的特征拉曼谱峰及标定模型并建立了过程气体定量分析模型，实现了CH4裂解制备C2H2过程气体现场样本的同时检测分析，主要成分包含H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H6和C2H4。各气体同时最小检出限分别达到6.3、26.6、1.2、2.2、4.2、3.9、9.1 μL/L?bar，各气体含量分别为560 588.51 μL/L、230 678.21 μL/L、33 107.65 μL/L、56 086.77 μL/L、77 945.56 μL/L、1 307.19 μL/L、1 823.55 μL/L，各气体浓度与色谱仪标定值相符，检测误差低于4.95%。该方法为CH4裂解制备C2H2控制提供了重要的途径。
拉曼光谱 过程气体 空芯反谐振光纤 降噪 Raman spectroscopy Process gases Hollow-core anti-resonance fiber Noise reduction
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
1 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，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院，浙江 杭州 310024
4 中国科学技术大学物理学院，安徽 合肥 230026
5 中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室，北京 100190
6 中国科学院大学工程学院，北京 100049
7 中国科学院上海光学精密机械研究所红外光学材料研究中心，上海 201800
针对燃烧诊断在2~3 μm波长的光谱测量需求，设计并搭建了基于反谐振空芯光纤的可调谐半导体吸收光谱（TDLAS）测量装置，开展了高温水汽在2.5 μm波长吸收光谱的定标与测量研究。在2~5 μm中红外波段，反谐振空芯光纤可实现低损、单模长距离传输，能够有效解决商用氟化物光纤多模干涉造成的TDLAS测量精度下降的问题。经所提TDLAS系统准直后光束的直径低至2.5 mm，发散角为0.004 rad，系统信噪比为31 dB，相比基于氟化物光纤的TDLAS系统，所提系统的性能得到了极大提升。进一步分析了反谐振空芯光纤中痕量水蒸气对于4029.52 cm-1谱线测量的影响，并通过抽真空的方式降低其影响，从而提高了系统的测量精度。
光纤 反谐振空芯光纤 激光吸收光谱 多模干涉 单模 燃烧诊断 光学学报
2023, 43(13): 1306005
光子学报
2022, 51(11): 1106001
1 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
2 中国科学技术大学，安徽 合肥 230026
介绍了一种基于反谐振空芯光纤的甲烷气体检测装置，该装置选用中心波长为1653 nm的分布式反馈激光器结合1.8 m长的反谐振空芯光纤，采用可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制光谱相结合的技术对甲烷气体进行实时测量。利用陶瓷插芯和陶瓷套管光纤耦合器件实现空芯光纤与单模光纤的稳定对接耦合，搭建了无透镜式全光纤气体检测装置，并对不同浓度梯度的甲烷气体展开实验。结果表明，二次谐波信号峰峰值与气体浓度之间呈良好的线性关系，线性相关系数为R2=0.997。由波长调制技术反演得到的甲烷气体的体积分数精度为0.918，相对精度为1.3%。通过Allan方差评估系统的稳定性，当平均时间为66.8 s时，装置的最低探测灵敏度为13。
光纤光学 光谱学 反谐振空芯光纤 波长调制 气体传感 光学学报
2022, 42(19): 1906003
1 北京交通大学 光信息科学与技术研究所，北京
2 北京交通大学 电子信息工程学院，北京
提出一种在近红外波段具有高保偏、低损耗、优良弯曲特性的新型混合结构空芯保偏光纤。在19 cell光子带隙空芯光纤纤芯内添加双层反谐振弧形薄壁，形成创新性混合结构，在保持带隙型空芯光纤优良弯曲特性的同时，通过降低其反谐振结构的对称性，增强保偏特性。数值分析结果表明，对于1 550 nm波长光，双折射值可高达1.36×10-3，对应两偏振基模限制损耗分别为1.24×10-5 dB/km、4.64×10-4 dB/km; 弯曲半径为5 mm时，两偏振基模的损耗均小于10-2 dB/km。对制作容差所进行的分析结果表明，该空芯保偏光纤在弧形薄壁曲率小范围制备误差情况下能保持良好的传输及保偏特性。光子带隙与反谐振混合结构，将为小弯曲半径下高保偏、低损耗空芯光纤的结构创新探索提供新动力，其优良性能也会有力地推动空芯保偏光纤的应用发展。
保偏光纤 光子带隙空芯光纤 反谐振空芯光纤 低损耗 抗弯曲 polarization-maintaining fiber photonic bandgap hollow-core fiber anti-resonance hollow-core fiber low loss anti-bending
