近日，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部特种玻璃与光纤研究中心利用表面模与芯模反交叉耦合物理机制，设计、制备了在off-resonance窗口的低损耗-高双折射、低损耗近零热时延系数两类光子带隙空芯光纤，相关研究成果以“Surface-mode induced high birefringence in a low-loss 7-cell photonic bandgap hollow-core fiber”和“Demonstration of tuning thermal coefficient of delay of photonic bandgap hollow-core fiber by surface mode”为题发表于Optical Fiber Technology。
光子带隙空芯光纤具有低损耗，低非线性，低时延等传输优点，有益的抗弯性能，使其在光纤陀螺、低延迟光通信等领域具有重要的应用潜力。表面模是一类存在于光子带隙空芯光纤纤芯石英壁精细结构中的模式。在相位匹配波长处，表面模会和芯模发生耦合，引起局域波长处损耗剧增，破坏光纤可用传输带宽。在该波长附近，芯模色散因为模式耦合出现反交叉，并对远离谐振波长处的模式色散产生调制。
研究团队基于表面模调控的原理，通过控制芯壁厚度，将表面模与芯模耦合波长调控至传输窗口边缘，成功制备了具备低损耗，宽带宽，高双折射的7芯光子带隙空芯光纤。该方案采用更简单的制备工艺，制备的光纤传输带覆盖1472-1560nm，带内最低传输损耗为39dB/km，最大双折射可达3.29×10-3。
图1、(a)7芯光子带隙空芯光纤损耗谱及端面SEM图。(b)测试得到的光纤群双折射。
由于表面模对芯模色散的灵活调控特性，研究团队首次实验证明了通过表面模调控光子带隙空芯光纤色散，可在传输带内同时实现低损耗和近零热时延系数。光纤表征结果显示，制备光纤的最低传输损耗为8.1dB/km，热时延系数调控范围可达-166 ps/km/K至217 ps/km/K。
图2、(a)19芯光子带隙空芯光纤损耗谱及端面结构。(b)测试得到的光纤不同偏振态的热时延系数。
该项研究将为空芯光纤模式特性调控提供新思路，持续推动空芯光纤在光纤传感和光纤通信中的应用。
