近期，中國科學院西安光學精密機械研究所光子功能材料與器件研究室研究員郭海濤團隊在中紅外空芯反諧振光纖（HC-ARF）研究方面取得重要進展。科研團隊基於自研的硫系玻璃材料研製出一款有效模場面積超7000 μm2的「七孔接觸式」HC-ARF，理論成功預測並通過實驗驗證光纖在中紅外波段存在多個低損耗傳輸通帶，兼具優異的高階模抑制特性，且存在進一步降低光纖損耗至0.01 dB/m的空間（比目前實芯階躍型硫系光纖損耗低1個數量級以上）。相關研究成果發表在Optics Express上。
中紅外光纖雷射器的功率/脈寬不斷突破，但紅外光纖材料的本徵缺陷也愈加突出如非線性、色散、光致損傷、材料吸收損耗等，在傳統實芯光纖中較難獲得實質性突破，這成為制約中紅外光纖技術發展的瓶頸。近年來，基於反諧振效應的HC-ARF因傳輸帶寬、雷射損傷閾值高、傳輸損耗低和模式純度高等優異特性而獲得關注。雖然HC-ARF應用領域在不斷發展，但光纖拉制難度成為難點，實際光纖損耗徘徊在幾個dB/m水平。
該成果團隊懷揣「解放光纖技術應用中的材料限制」的想法，開始了對中紅外空芯反諧振光纖的探索。科研人員從實際製備和應用角度出發，基於紅外玻璃材料特點，創新性地提出「七孔接觸式」結構，利用有限元法對光纖的限制損耗、彎曲損耗、材料損耗和高階模抑制等光纖性能進行理論仿真，基於As40S60硫系玻璃結合堆積拉製法和雙路氣壓控制技術，製備出結構復現性良好的HC-ARF。測試數據表明，該光纖具有高階模式抑制特性、大的有效模場面積（> 7000 μm2）和多個低損耗傳輸通帶，在4.79 μm雷射波長處損耗僅為1.29 dB/m。此外，該團隊探索了不同工藝參數下光纖結構的演化規律，分析了造成額外光纖損耗的關鍵因素，並預測了該結構光纖的理論損耗極限，為HC-ARF的結構設計和拉制提供了理論支撐。
研究工作得到國家自然科學基金、陝西省自然科學基金、廣東省光纖傳感與通信技術重點實驗室開放基金的資助。
（a）堆積拉製法和雙路氣壓控制技術（b）光纖預製棒 （c）光纖的理論損耗與實測損耗
來源：中國科學院西安光學精密機械研究所
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