【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)在中紅外波段反諧振空芯光纖基礎(chǔ)研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)圍繞光纖材料吸收引發(fā)空芯光纖傳輸損耗這一光波導(dǎo)基本問題開展了深入理論研究，建立了空芯光纖材料損耗的解析模型，并利用該模型預(yù)測(cè)了石英基玻璃材料在4微米中紅外波段的損耗極限。
 

　　光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導(dǎo)工具。傳輸原理是光的全反射。前香港中文大學(xué)校長(zhǎng)高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸?shù)脑O(shè)想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。分為單模光纖、多模光纖、特種光纖等，具有帶寬寬、無串音、抗核輻射等優(yōu)點(diǎn)。
 

　　近年來，反諧振空芯光纖(AR-HCF)因其寬帶、低損的傳輸特性獲得廣泛關(guān)注。由于絕大部分光被限制在空氣芯中，反諧振空芯光纖能夠極大克服基體材料本身吸收的影響，顯著降低材料損耗。目前使用石英玻璃制備反諧振空芯光纖，在4微米波長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)了0.04 dB/m的傳輸損耗，而該波長(zhǎng)石英材料吸收超過800 dB/m。
 

　　空心光纖主要用于能量傳送，可供X射線、紫外線和遠(yuǎn)紅外線光能傳輸。空心光纖結(jié)構(gòu)有兩種：一是將玻璃作成圓筒狀，其纖芯與包層原理與階躍型相同。利用光在空氣與玻璃之間的全反射傳播。由于，光的大部分可在無損耗的空氣中傳播，具有一定距離的傳播功能。二是使圓筒內(nèi)面的反射率接近1，以減少反射損耗。為了提高反射率，有在簡(jiǎn)內(nèi)設(shè)置電介質(zhì)，使工作波長(zhǎng)段損耗減少的。例如可以作到波長(zhǎng)10.6pm損耗達(dá)幾dB/m的。
 

　　該項(xiàng)研究中，研究人員從Snyder和Love的經(jīng)典光波導(dǎo)理論出發(fā)，將模態(tài)重疊因子的概念推廣至空芯光纖領(lǐng)域，嚴(yán)格推導(dǎo)出模態(tài)重疊因子的半解析表達(dá)式，用于表征空芯光纖的材料吸收對(duì)于傳輸損耗的貢獻(xiàn)。研究將半解析表達(dá)式計(jì)算結(jié)果與有限元方法數(shù)值計(jì)算系統(tǒng)比較，證明了該模型的精確性與有效性。此外，還系統(tǒng)探討了高材料吸收條件下低損反諧振空芯光纖的優(yōu)化設(shè)計(jì)原則，對(duì)中紅外波段石英基反諧振空芯光纖的傳輸極限進(jìn)行了預(yù)測(cè)。
 

　　資料來源：百科、上海光學(xué)精密機(jī)械研究所