Πρόσφατα, το Russell Advanced Lightwave Research Center στο Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI), μαζί με το Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Wuhan (WUT) και τη Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. έκαναν μια σημαντική ανακάλυψη στην υπερ-υψηλή καθαρότητα απλής λειτουργίας hollow -πυρήνα αντισυντονισμένη μικροδομημένη οπτική ίνα. Η ομάδα σχεδίασε και κατασκεύασε μια κοίλου πυρήνα, αντισυντονιστική μικροδομημένη ίνα με τριχοειδή κατανομή μη ίσου βήματος και δομή διπλής επένδυσης και έδειξε ότι η καταστολή λειτουργίας υψηλότερης τάξης της ίνας κοντά στα 1585 nm είναι περίπου μία έως δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο από αυτό των αναφερόμενων ινών κοίλου πυρήνα.
Η μικροδομημένη αντισυντονιστική ίνα κοίλου πυρήνα είναι ένας νέος τύπος κυματοδηγού μικροδομημένης ίνας που καθοδηγείται από οπές αέρα χαμηλού δείκτη διάθλασης, που έχει τα πλεονεκτήματα της ευρείας φασματικής καθοδήγησης φωτός, της χαμηλής διασποράς, των χαμηλών μη γραμμικοτήτων, της μεγάλης περιοχής πεδίου λειτουργίας και του υψηλού λέιζερ. κατώφλι βλάβης, και έχει προσελκύσει την προσοχή των ερευνητών επειδή παρέχει μια εξαιρετική πλατφόρμα μετάδοσης για έρευνα στους τομείς της μετάδοσης λέιζερ, της επικοινωνίας με οπτικές ίνες, της ανίχνευσης οπτικών ινών και της μη γραμμικής οπτικής. Από τη μία πλευρά, τα καλά χαρακτηριστικά μονής λειτουργίας είναι σημαντικά για τις ίνες κοίλου πυρήνα σε πρακτικές εφαρμογές όπως η ανίχνευση ινών υψηλής απόδοσης, οι επικοινωνίες με οπτικές ίνες και η έξυπνη επεξεργασία μετάδοσης ενέργειας λέιζερ. Ωστόσο, λόγω του περιορισμού της αρχής καθοδήγησης του φωτός, είναι δύσκολο να επιτευχθεί αποτελεσματική καταστολή τρόπων υψηλότερης τάξης σε ίνες κοίλου πυρήνα παρόμοια με εκείνη στις ίνες συμπαγούς πυρήνα. Η βελτιστοποίηση των χαρακτηριστικών ενός τρόπου λειτουργίας των οπτικών ινών επιτυγχάνεται συχνά μέσω του σχεδιασμού του μεγέθους της δομής της ίνας για την επίτευξη τρόπων λειτουργίας υψηλότερης τάξης στον πυρήνα και των τρόπων επένδυσης για την επίτευξη συνθηκών αντιστοίχισης φάσης, αυξάνοντας την απώλεια τρόπων υψηλότερης τάξης και φιλτράροντας μια συγκεκριμένη λειτουργία πυρήνα. Ωστόσο, αυτός ο τύπος λύσης δεν φιλτράρει αποτελεσματικά άλλες λειτουργίες υψηλότερης τάξης στον πυρήνα και οι υπολειπόμενες λειτουργίες υψηλότερης τάξης ενδέχεται να εξακολουθούν να προκαλούν προβλήματα όπως διακυμάνσεις ισχύος εξόδου λόγω διατροπικών παρεμβολών ή παρεμβολής μεταδιδόμενων σημάτων, ειδικά στην περίπτωση εφαρμογών που χρησιμοποιούν μικρότερες οπτικές ίνες.
Για να αντιμετωπίσει αυτά τα ζητήματα, η ομάδα του Russell διερεύνησε μια διαφορετική προσέγγιση στο φιλτράρισμα λειτουργίας υψηλότερης τάξης, πρώτον, εισάγοντας μια μεγαλύτερη απόσταση οπών μεταξύ των τριχοειδών αγγείων επένδυσης μιας ίνας φωτονικών κρυστάλλων άδειου πυρήνα, αντισυντονιζόμενης με ομοιόμορφη απόσταση οπών για τη βελτίωση της διαρροή τρόπων υψηλότερης τάξης, και δεύτερον, με την εισαγωγή ενός κατάλληλου στρώματος αέρα έξω από το περίβλημα στο εξωτερικό της πρώτης επένδυσης για την κατασκευή ενός δεύτερου στρώματος αντισυντονιστικής επένδυσης της ίνας, όπως φαίνεται στο Σχ. 1α παρακάτω. Λόγω των διαφορών στα ενεργά εγκάρσια μήκη κύματος των διαφορετικών τρόπων λειτουργίας, αυτή η δομή ενισχύει σημαντικά την απώλεια τρόπου λειτουργίας υψηλότερης τάξης σε συγκεκριμένα μήκη κύματος και διατηρεί την απώλεια της βασικής λειτουργίας σχετικά χαμηλή. Η ομάδα πέτυχε πειραματικά την προετοιμασία μιας διπλής επένδυσης κοίλου πυρήνα αντι-συντονιστικής ίνας (Εικ. 1β), η οποία σχηματίζει πυκνές κορυφές συντονισμού στο μεγάλο διάστημα μήκους κύματος πάνω από ~1 μm, παρέχοντας ένα παράθυρο πολλαπλών επιπέδων για μετάδοση λέιζερ με υπερ-υψηλή μονή -καθαρότητα λειτουργίας, όπως φαίνεται στο Σχ. 1γ. Περαιτέρω, όπως φαίνεται στο Σχ. 2, επαληθεύεται πειραματικά ότι η αναλογία απόρριψης λειτουργίας υψηλότερης τάξης πυρήνα LP11 αυτής της διπλής επένδυσης κοίλου πυρήνα αντισυντονιστικής φωτονικής κρυσταλλικής ίνας κοντά στα 1585 nm είναι τόσο υψηλή όσο 60 dB/km, η οποία είναι περίπου μία έως δύο τάξεις μεγέθους υψηλότερο από αυτό των αναφερόμενων ινών με βελτιστοποιημένη καθαρότητα ενός τρόπου λειτουργίας. Επιπλέον, αυτή η μελέτη επαληθεύει την ευέλικτη δυνατότητα συντονισμού του διαστήματος μετάδοσης υψηλής καθαρότητας μιας λειτουργίας αυτής της αντισυντονιστικής ίνας κοίλου πυρήνα με τη διακύμανση της πίεσης του αερίου πλήρωσης, η οποία επεκτείνει αποτελεσματικά το διάστημα μήκους κύματος που είναι διαθέσιμο για υψηλής καθαρότητας απλής λειτουργίας . Η επικύρωση της υπερυψηλής καθαρότητας ενός τρόπου λειτουργίας σε μικροδομημένες ίνες κοίλου πυρήνα με δομή διπλής επένδυσης παρέχει μια νέα ιδέα για εφαρμογές που απαιτούν υψηλή καθαρότητα τρόπων ινών, όπως μετάδοση ενέργειας λέιζερ ινών, επικοινωνία οπτικών ινών ή ανίχνευση οπτικών ινών.
Τα σχετικά ερευνητικά αποτελέσματα δημοσιεύονται στο περιοδικό "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber" Τα αποτελέσματα της έρευνας δημοσιεύτηκαν στο Laser & Photonics Reviews, ένα κορυφαίο περιοδικό λέιζερ και φωτονικής . Ο Δρ Zhuozhao Luo, από κοινού διδακτορικός φοιτητής του Τεχνολογικού Πανεπιστημίου της Γουχάν και του Ινστιτούτου Οπτικών Μηχανημάτων της Σαγκάης (SIOM), ήταν ο πρώτος συγγραφέας και ο συνεργάτης ερευνητής Jiapeng Huang, ο ερευνητής Xin Jiang και ο ερευνητής Mian Pang του Κέντρου Russell ήταν οι συν-αντίστοιχοι συγγραφείς, μαζί με τον Δρ. Ruochen Yin, διδάκτορα του SIOM, και τον Δρ. Yu Zheng της Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Αυτή η ερευνητική εργασία επιβλέπεται από τον καθηγητή Philip Russell, έναν ξένο ακαδημαϊκό της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών, και υποστηρίχθηκε από το Σχέδιο Δράσης Επιστήμης και Τεχνολογίας καινοτομίας της Σαγκάης (21ZR1482700), το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας (62275254), το Πρόγραμμα Κατασκευής και Λειτουργίας Εργαστηρίου Zhangjiang (20DZ2210300), το Εθνικό Πρόγραμμα Νέων Ταλέντου Υψηλού Επιπέδου και Ταλέντο Υψηλού Επιπέδου Fuyang Πρόγραμμα. Πρόγραμμα Ταλέντου υψηλού επιπέδου και άλλες υποστηρίξεις.
Εικ. 1 (α) Θεωρητικός σχεδιασμός, (β) ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης και (γ) μοτίβο δοκιμής φάσματος μετάδοσης διπλής επένδυσης κοίλου πυρήνα αντισυντονιζόμενης φωτονικής κρυσταλλικής ίνας
Εικ. 2 (α) χάρτες κοντινού πεδίου λειτουργίας LP01 και LP11 που λαμβάνονται από διέγερση επιλεκτικής λειτουργίας, (β) αποτελέσματα απώλειας λειτουργίας LP01 και LP11, (γ) καμπύλες FOM λόγου καταστολής τρόπου λειτουργίας υψηλότερης τάξης, (δ) κεντρικά μήκη κύματος του μέγιστες τιμές FOM11 (αριστερός άξονας) και υψηλές τιμές FOM11 διαστήματα (δεξιός άξονας) για τις διπλής επένδυσης κοίλου πυρήνα αντισυντονιστικές φωτονικές κρυσταλλικές ίνες με πλήρωση αζώτου από 1-25 bar, (ε) μετρημένα κεντρικά μήκη κύματος σε καμπύλες FOM σε τιμές πίεσης αερίου 1 bar, 10 bar και 20 bar
