Nature Communications 英国南安普顿大学研究人员实现多波长超低损耗空芯光纤

光纤技术是宽带互联网技术革命的基本保障，数十年的光纤研发工作使实心光纤可以在实际应用中的正常运行。英国南安普敦大学的研究人员目前研发出了一种克服固体纤芯二氧化硅局限性的空芯光纤，并在600 nm至1100 nm间三个技术上重要的光波长下实现了创纪录的低损耗系数。（Nat.Commun，doi：10.1038 / s41467-020-19910-7）。

光纤技术除了成为现代通信的基础之外，光纤还深刻地影响了工业制造，计量学，医学内窥镜检查，结构感测等等。但是，瑞利散射极限限制了石英光纤的进一步应用。

可以通过光纤传播的最大数据容量或最大光强是由光与光纤纤芯相互作用决定的，这一硬性限制就是瑞利散射。为了规避这一限制，南安普顿光电研究中心（ORC）的研究人员等将目标转向了一种不基于固态二氧化硅的空芯光纤。

空芯光纤与实心光纤相比具有许多优势。空芯光纤利用空气的超低瑞利散射，并抑制非线性效应，增加损伤阈值并减少等待时间。此外，通过空气引导的光对外界温度和电离辐射较不敏感。

一种空芯反谐振无节点光纤（NANF）的设计，由Poletti于2014年在Optics Express中首次报道。在这种设计中，较小的嵌套层围绕着空气芯布置，这增加了限制光的空气-玻璃界面的数量。

南安普顿大学光电研究中心的空芯光纤研究小组。

ORC的研究人员对这些空芯光纤进行了优化，以使其从660 nm到1060 nm的高功率激光器波长范围内运行。该光谱范围对于量子通信，VCSEL的短距离数据传输和激光功率传输等应用具有重要的技术意义。NANF还支持空间单模传播，尽管与同等实芯光纤相比，它的直径大了三到五倍，但其有助于维持甚至提高发射激光的亮度。

上述特性使得该空芯光纤有潜力以真空中的光速引导极低损耗的光，并以单一横向模式以及低于传统玻璃光纤损伤阈值的峰值强度无畸变地传输光。这是数据传输和激光功率传输的未来目标。

南安普敦大学的研究人员使用了堆叠，熔合和拉伸方法制造该空芯光纤。研究人员在拉伸过程中利用选择性压差来控制最终纤维的几何形状，最终制造出了工作在660 nm，850 nm和1064 nm的三种不同光纤。在测试中，三种光纤分别实现了2.85、1.45和0.51 dB km-1的损耗。这些超低损耗刷新了空芯光纤目前的相关纪录，也代表了对全固态玻璃光纤的改进。

未来，研究人员将致力于进一步改进设计，提高NANF的在特定波长的光学性能，并尝试在整个电磁频谱中制造出具有比实芯光纤更低的损耗的光纤。