Nedavno je Russell Advanced Lightwave Research Center na Institutu za optičke precizne mašine u Hangzhouu (HPMI), zajedno sa Tehnološkim univerzitetom Wuhan (WUT) i Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. napravio proboj u oblasti ultra-visoke jednomodne čistoće šupljina - jezgro antirezonantnog mikrostrukturiranog optičkog vlakna. Tim je dizajnirao i proizveo šuplje jezgro, antirezonantno mikrostrukturirano vlakno sa kapilarnom distribucijom nejednakog koraka i strukturom dvostrukog omotača, te je pokazao da je supresija moda višeg reda vlakna blizu 1585 nm otprilike jedan do dva reda. magnitude veće od one prijavljenih vlakana sa šupljim jezgrom.
Anti-rezonantno mikrostrukturirano vlakno sa šupljim jezgrom je novi tip mikrostrukturiranih vlaknastih talasovoda vođenih zračnim otvorima s niskim indeksom prelamanja, koji ima prednosti širokog spektralnog vođenja svjetlosti, niske disperzije, niske nelinearnosti, velike površine polja moda i visokog lasera prag oštećenja, a privlači pažnju istraživača jer pruža odličnu platformu za prijenos za istraživanja u oblastima laserskog prijenosa, optičke komunikacije, optičkog senzora i nelinearne optike. S jedne strane, dobre karakteristike jednog moda važne su za vlakna sa šupljim jezgrom u praktičnim primjenama kao što su senzori vlakana visokih performansi, optička komunikacija i inteligentna obrada prijenosa laserske energije. Međutim, zbog ograničenja njegovog principa vođenja svjetlosti, teško je postići efektivno potiskivanje modova višeg reda u vlaknima sa šupljom jezgrom, slično onome u vlaknima s čvrstim jezgrom. Optimizacija jednomodnih karakteristika optičkih vlakana često se postiže kroz dizajn veličine strukture vlakana kako bi se postigli modovi višeg reda u jezgri i modovima omotača kako bi se postigli uvjeti usklađivanja faza, povećavajući gubitak modova višeg reda i filtriranje određenog načina rada jezgre. Međutim, ova vrsta rješenja ne filtrira učinkovito druge modove višeg reda u jezgri, a rezidualni modovi višeg reda mogu i dalje uzrokovati probleme kao što su fluktuacije izlazne snage zbog intermodalnih smetnji ili preslušavanja prenesenih signala, posebno u slučaju aplikacija koje koriste kraća optička vlakna.
Da bi se pozabavio ovim problemima, Russellov tim je istražio drugačiji pristup filtriranju moda višeg reda, prvo, uvođenjem većeg razmaka rupa između obložnih kapilara antirezonantnog fotonskog kristalnog vlakna s praznim jezgrom s ujednačenim razmakom rupa kako bi se poboljšao curenje modova višeg reda, i drugo, uvođenjem odgovarajućeg zračnog sloja izvan kućišta na vanjskoj strani prve obloge da se napravi drugi antirezonantni sloj omotača od vlakna, kao što je prikazano na slici 1a ispod. Zbog razlika u efektivnim poprečnim talasnim dužinama različitih modova, ova struktura značajno povećava gubitak moda višeg reda na određenim talasnim dužinama i održava gubitak osnovnog moda relativno niskim. Tim je eksperimentalno uspio pripremiti antirezonantno vlakno sa šupljim jezgrom sa dvostrukom oblogom (slika 1b), koje formira guste rezonantne pikove u intervalu dugih talasnih dužina iznad ~1 μm, pružajući prozor na više nivoa za laserski prijenos sa ultra-visokim pojedinačnim - čistoća moda, kao što je prikazano na slici 1c. Nadalje, kao što je prikazano na slici 2, eksperimentalno je potvrđeno da je omjer odbijanja moda višeg reda LP11 jezgra ovog dvostruko obloženog antirezonantnog fotonskog kristalnog vlakna sa šupljim jezgrom blizu 1585 nm čak 60 dB/km, što je otprilike jedan do dva reda veličine veća od onog kod prijavljenih vlakana sa optimiziranom čistoćom u jednom modu. Osim toga, ova studija potvrđuje fleksibilnu prilagodljivost intervala prijenosa visoke jednomodne čistoće ovog antirezonantnog vlakna sa šupljim jezgrom sa varijacijama tlaka plina za punjenje, što efektivno proširuje interval valnih dužina dostupan za jednomodnu visoko čistoću . Validacija ultravisoke čistoće jednog moda u mikrostrukturiranim vlaknima sa šupljim jezgrom sa strukturom dvostrukog omotača pruža novu ideju za aplikacije koje zahtijevaju visoku čistoću modova vlakana, kao što je prijenos energije laserskim vlaknima, komunikacija optičkim vlaknima ili senzor optičkih vlakana.
Srodni rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Crystal Fiber" Rezultati istraživanja su objavljeni u Laser & Photonics Reviews, vrhunskom časopisu za lasere i fotoniku . Dr. Zhuozhao Luo, zajednički student doktorskih studija Tehnološkog univerziteta u Wuhanu i Šangajskog instituta za optičke mašine (SIOM), bio je prvi autor, a saradnik istraživač Jiapeng Huang, istraživač Xin Jiang i istraživač Mian Pang iz Russell centra bili su ko-dopisnici autori, zajedno sa dr. Ruochen Yin, doktorandom na SIOM-u, i dr. Yu Zhengom iz Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Ovaj istraživački rad je nadgledao prof. Philip Russell, strani akademik Kineske akademije nauka, i podržao ga je Šangajskim akcionim planom za inovacije u nauci i tehnologiji (21ZR1482700), Nacionalnom fondacijom za prirodne nauke Kine (62275254), Programom izgradnje i rada laboratorije Zhangjiang (20DZ2210300), Nacionalnim programom za mlade talente visokog nivoa i Talenata visokog nivoa Fuyang Program. Program za talente visokog nivoa i druga podrška.
Slika 1 (a) Teorijski dizajn, (b) skenirajuća elektronska mikroskopija i (c) uzorak testa spektra transmisije dvostruko obloženog antirezonantnog fotonskog kristalnog vlakna sa šupljim jezgrom
Slika 2 (a) mape bliskog polja LP01 i LP11 moda dobijene ekscitacijom selektivne po modu, (b) rezultati gubitka moda LP01 i LP11, (c) FOM krive omjera potiskivanja moda višeg reda, (d) središnje valne dužine maksimalne vrijednosti FOM11 (lijeva os) i intervali visokih vrijednosti FOM11 (desna os) za antirezonantna fotonska kristalna vlakna sa duplim omotačem sa šupljim jezgrom sa punjenjem dušikom od 1-25 bara, (e) izmjerene središnje valne dužine na krivuljama FOM pri vrijednostima tlaka plina od 1 bar, 10 bara i 20 bara
