空心光纤

2021-03-01 09:45:23 浏览:483

定义

光纤轴为空心的光纤。

空心光纤是主要在空心区域导波的光纤,只有一少部分光在固体光纤材料(通常为玻璃)中传播。根据光纤中导波的基本物理机制,这不可能实现:因为正常情况下,光纤纤芯的折射率需要比周围的包层介质折射率大,但是不可能得到折射率小于空气或者真空的玻璃材料,至少在光学区域不存在这种材料,但是,这里采用的是另一种不同的导波机制,基于光子带隙,可以采用具有一定结构的光子晶体光纤来实现。这种光纤称为光子带隙光纤。空气导波光纤的叫法不太准确,因为实际上并不是空气提供对光的导引。

空心光纤的优势在于光主要在空气中传播会极大的减小非线性效应,因此损伤阈值较高。实际上,即使玻璃材料对某一波长光的透明度比较差时也能实现导波。例如,在Er:YAG激光器可以得到2940 nm高能脉冲[5]。另外,还可以利用空气或充入其它气体中很高的光强,实现拉曼激光器[3]或者高次谐波产生[4]

空心光纤的一个问题是其传播损耗比固体纤芯光纤高很多,尤其是需要单模导波时。但是,也有方法可以抑制损耗[7]

另外一个问题就是光子带隙导波机制工作在有限的波长范围。如果采用Kagomé晶格设计[6] 空心光纤,那么可以极大的展宽波长范围。该设计的工作原理还不是完全清楚。但是,通过改变纤芯附近的结构,可以极大的减小光纤的传播损耗。

参考文献

[1] R. F. Cregan et al., “Single-mode photonic band gap guidance of light in air”, Science 285, 1537 (1999) (first hollow-core PCF)
[2] P. J. Roberts et al., “Ultimate low loss of hollow-core photonic crystal fibres”, Opt. Express 13 (1), 236 (2005)
[3] F. Couny et al., “Subwatt threshold cw Raman fiber-gas laser based on H2-filled hollow-core photonic crystal fiber”, Phys. Rev. Lett. 99 (14), 143903 (2007)
[4] O. H. Heckl et al., “High harmonic generation in a gas-filled hollow-core photonic crystal fiber”, Appl. Phys. B 97, 369 (2009)
[5] A. Urich et al., “Delivery of high energy Er:YAG pulsed laser light at 2.94 μm through a silica hollow core photonic crystal fibre”, Opt. Express 20 (6), 6677 (2012)
[6] P. Ghenuche et al., “Kagome hollow-core photonic crystal fiber probe for Raman pectroscopy”, Opt. Lett. 37 (21), 4371 (2012)
[7] J. M. Fini et al., “Low-loss hollow-core fibers with improved single-modedness”, Opt. Express 21 (5), 6233 (2013)

参阅:光子带隙光纤、光子晶体光纤

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