Recientemente, el Centro de Investigación de Ondas de Luz Avanzadas Russell del Instituto de Maquinaria de Precisión Óptica de Hangzhou (HPMI), junto con la Universidad de Tecnología de Wuhan (WUT) y Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. han logrado un gran avance en la fibra óptica microestructurada antirresonante de núcleo hueco de pureza monomodo ultraalta. El equipo diseñó y fabricó una fibra microestructurada antirresonante de núcleo hueco con una distribución capilar de paso desigual y una estructura de doble revestimiento, y demostró que la supresión de modo de orden superior de la fibra cerca de 1585 nm es aproximadamente uno o dos órdenes de magnitud mayor que la de las fibras de núcleo hueco reportadas.
La fibra microestructurada antirresonante de núcleo hueco es un nuevo tipo de guía de ondas de fibra microestructurada guiada por orificios de aire de bajo índice de refracción, que tiene las ventajas de una guía de luz espectral amplia, baja dispersión, bajas no linealidades, gran área de campo modal y alto umbral de daño láser, y ha estado atrayendo la atención de los investigadores porque proporciona una excelente plataforma de transmisión para la investigación en los campos de transmisión láser, comunicación por fibra óptica, detección por fibra óptica y óptica no lineal. Por un lado, las buenas características monomodo son importantes para las fibras de núcleo hueco en aplicaciones prácticas como la detección de fibra de alto rendimiento, las comunicaciones por fibra óptica y el procesamiento inteligente de la transmisión de energía láser. Sin embargo, debido a la limitación de su principio de guía de luz, es difícil lograr una supresión efectiva de modos de orden superior en fibras de núcleo hueco similar a la de las fibras de núcleo sólido. La optimización de las características monomodo de las fibras ópticas se logra a menudo mediante el diseño del tamaño de la estructura de la fibra para lograr modos de orden superior en el núcleo y los modos de revestimiento para lograr condiciones de coincidencia de fase, aumentando la pérdida de modos de orden superior y filtrando un modo de núcleo particular. Sin embargo, este tipo de solución no filtra eficazmente otros modos de orden superior en el núcleo, y los modos de orden superior residuales aún pueden causar problemas como fluctuaciones de potencia de salida debido a interferencias intermodales o diafonía de señales transmitidas, especialmente en el caso de aplicaciones que utilizan fibras ópticas más cortas.
Para abordar estos problemas, el equipo de Russell exploró un enfoque diferente para el filtrado de modos de orden superior, en primer lugar, introduciendo un mayor espaciado de orificios entre los capilares de revestimiento de una fibra de cristal fotónico antirresonante de núcleo vacío con un espaciado de orificios uniforme para mejorar la fuga de modos de orden superior, y en segundo lugar, introduciendo una capa de aire adecuada fuera de la carcasa en el exterior del primer revestimiento para construir una segunda capa de revestimiento antirresonante de la fibra, como se muestra en la figura 1a a continuación. Debido a las diferencias en las longitudes de onda transversales efectivas de los diferentes modos, esta estructura mejora significativamente la pérdida de modo de orden superior en longitudes de onda específicas y mantiene la pérdida del modo fundamental relativamente baja. El equipo tuvo éxito experimentalmente en la preparación de una fibra antirresonante de núcleo hueco con doble revestimiento (figura 1b), que forma picos resonantes densos en el intervalo de longitud de onda largo por encima de ~1 μm, lo que proporciona una ventana multinivel para la transmisión láser con pureza monomodo ultraalta, como se muestra en la figura 1c. Además, como se muestra en la Fig. 2, se verifica experimentalmente que la relación de rechazo de modo de orden superior del núcleo LP11 de esta fibra de cristal fotónico antirresonante de núcleo hueco con doble revestimiento cerca de 1585 nm es tan alta como 60 dB/km, que es aproximadamente uno a dos órdenes de magnitud más alta que la de las fibras informadas con pureza monomodo optimizada. Además, este estudio verifica la capacidad de ajuste flexible del intervalo de transmisión de alta pureza monomodo de esta fibra antirresonante de núcleo hueco con la variación de la presión del gas de relleno, que expande efectivamente el intervalo de longitud de onda disponible para el monomodo de alta pureza. La validación de la pureza monomodo ultraalta en fibras microestructuradas de núcleo hueco con estructura de doble revestimiento proporciona una nueva idea para aplicaciones que requieren alta pureza de modos de fibra, como transmisión de energía láser de fibra, comunicación por fibra óptica o detección por fibra óptica.
Los resultados de la investigación relacionada se publican en la revista "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber". Los resultados de la investigación se publicaron en Laser & Photonics Reviews, una de las principales revistas sobre láser y fotónica. El Dr. Zhuozhao Luo, estudiante de doctorado conjunto de la Universidad de Tecnología de Wuhan y el Instituto de Maquinaria Óptica de Shanghái (SIOM), fue el primer autor, y el investigador asociado Jiapeng Huang, el investigador Xin Jiang y el investigador Mian Pang del Centro Russell fueron los coautores correspondientes, junto con el Dr. Ruochen Yin, estudiante de doctorado de SIOM, y el Dr. Yu Zheng de Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Este trabajo de investigación fue supervisado por el Prof. Philip Russell, académico extranjero de la Academia China de Ciencias, y apoyado por el Plan de Acción de Innovación en Ciencia y Tecnología de Shanghái (21ZR1482700), la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (62275254), el Programa de Construcción y Operación de Laboratorios de Zhangjiang (20DZ2210300), el Programa Nacional de Jóvenes Talentos de Alto Nivel y el Programa de Talentos de Alto Nivel de Fuyang. Programa de Talentos de Alto Nivel, y otros apoyos.
Fig. 1 (a) Diseño teórico, (b) microscopía electrónica de barrido y (c) patrón de prueba del espectro de transmisión de fibra de cristal fotónico antirresonante de núcleo hueco con doble revestimiento
Fig. 2 (a) Mapas de campo cercano de los modos LP01 y LP11 obtenidos a partir de la excitación selectiva de modo, (b) resultados de pérdida de modo LP01 y LP11, (c) curvas FOM de relación de supresión de modo de orden superior, (d) longitudes de onda centrales de los valores máximos de FOM11 (eje izquierdo) e intervalos de valores altos de FOM11 (eje derecho) para las fibras de cristal fotónico antirresonante de núcleo hueco con revestimiento doble con relleno de nitrógeno de 1-25 bar, (e) longitudes de onda centrales en las curvas FOM medidas a valores de presión de gas de 1 bar, 10 bar y 20 bar
