Nedavno je Russell Advanced Lightwave Research Center pri Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI), zajedno sa Sveučilištem za tehnologiju Wuhan (WUT) i Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd., napravili proboj u ultra-visokoj jednomodnoj šupljini čistoće -jezgreno antirezonantno mikrostrukturirano optičko vlakno. Tim je dizajnirao i proizveo antirezonantno mikrostrukturirano vlakno sa šupljom jezgrom s kapilarnom distribucijom nejednakog koraka i strukturom dvostrukog omotača i pokazao da je potiskivanje višeg reda vlakna blizu 1585 nm oko jedan do dva reda magnitude veće od one za prijavljena vlakna sa šupljom jezgrom.
Antirezonantno mikrostrukturirano vlakno sa šupljom jezgrom nova je vrsta valovoda od mikrostrukturiranog vlakna vođenog zračnim rupama s niskim indeksom loma, koje ima prednosti širokog spektralnog vođenja svjetlosti, niske disperzije, niske nelinearnosti, velikog područja polja moda i visokog lasera prag oštećenja i privlači pozornost istraživača jer pruža izvrsnu prijenosnu platformu za istraživanja u poljima laserskog prijenosa, optičke komunikacije, senzora optičkih vlakana i nelinearne optike. S jedne strane, dobre karakteristike jednog moda važne su za vlakna sa šupljom jezgrom u praktičnim primjenama kao što su senzori vlakana visokih performansi, komunikacije optičkim vlaknima i inteligentna obrada prijenosa laserske energije. Međutim, zbog ograničenja njegovog principa vođenja svjetlosti, teško je postići učinkovito potiskivanje modova višeg reda u vlaknima sa šupljom jezgrom slično onome u vlaknima s punom jezgrom. Optimizacija karakteristika jednog moda optičkih vlakana često se postiže dizajnom veličine strukture vlakana kako bi se postigli modovi višeg reda u jezgri i modovi omotača kako bi se postigli uvjeti usklađivanja faza, povećavajući gubitak modova višeg reda i filtriranje određenog načina jezgre. Međutim, ova vrsta rješenja ne filtrira učinkovito druge modove višeg reda u jezgri, a preostali modovi višeg reda mogu i dalje uzrokovati probleme kao što su fluktuacije izlazne snage zbog intermodalnih smetnji ili preslušavanja odaslanih signala, posebno u slučaju aplikacija koje koriste kraća optička vlakna.
Kako bi riješio te probleme, Russellov tim istražio je drugačiji pristup filtriranju moda višeg reda, prvo, uvođenjem većeg razmaka rupa između obloženih kapilara prazne jezgre, antirezonantnog fotonskog kristalnog vlakna s ujednačenim razmakom rupa za poboljšanje propuštanje modova višeg reda, i drugo, uvođenjem prikladnog zračnog sloja izvan kućišta na vanjskoj strani prve obloge za izradu drugog antirezonantnog sloja obloge vlakana, kao što je prikazano na slici 1a dolje. Zbog razlika u efektivnim poprečnim valnim duljinama različitih modova, ova struktura značajno povećava gubitak moda višeg reda na određenim valnim duljinama i održava gubitak osnovnog moda relativno niskim. Tim je eksperimentalno uspio pripremiti antirezonantno vlakno sa šupljom jezgrom s dvostrukim omotačem (Slika 1b), koje stvara guste rezonantne vrhove u intervalu dugih valnih duljina iznad ~1 μm, pružajući višerazinski prozor za laserski prijenos s ultravisokim pojedinačnim -mode čistoće, kao što je prikazano na slici 1c. Nadalje, kao što je prikazano na slici 2, eksperimentalno je potvrđeno da je omjer odbijanja višeg reda jezgre LP11 ovog antirezonantnog fotoničkog kristalnog vlakna s dvostrukom presvlakom i šupljom jezgrom blizu 1585 nm čak 60 dB/km, što je oko jedan do dva reda veličine veći od onog kod prijavljenih vlakana s optimiziranom monomodnom čistoćom. Osim toga, ova studija potvrđuje fleksibilnu podesivost intervala prijenosa visoke čistoće jednog moda ovog antirezonantnog vlakna sa šupljom jezgrom s varijacijom tlaka plina za punjenje, što učinkovito proširuje interval valne duljine dostupan za jednomodno vlakno visoke čistoće . Validacija ultravisoke čistoće jednog moda u mikrostrukturiranim vlaknima sa šupljom jezgrom i strukturom dvostrukog omotača pruža novu ideju za aplikacije koje zahtijevaju visoku čistoću modova vlakana, kao što je prijenos energije optičkim laserom, komunikacija optičkim vlaknima ili senzor optičkih vlakana.
Povezani rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber" Rezultati istraživanja objavljeni su u Laser & Photonics Reviews, vrhunskom časopisu za lasere i fotoniku . Dr. Zhuozhao Luo, zajednički doktorant Tehnološkog sveučilišta Wuhan i Šangajskog instituta za optičke strojeve (SIOM), bio je prvi autor, a suradnici u istraživanju Jiapeng Huang, istraživač Xin Jiang i istraživač Mian Pang iz Russell centra bili su korespondenti autori, zajedno s dr. Ruochen Yin, doktorskim studentom SIOM-a, i dr. Yu Zhengom iz Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Ovaj istraživački rad nadgledao je prof. Philip Russell, strani akademik Kineske akademije znanosti, uz podršku Šangajski akcijski plan za znanstvene i tehnološke inovacije (21ZR1482700), Kineska nacionalna zaklada za prirodne znanosti (62275254), Zhangjiangov program izgradnje i rada laboratorija (20DZ2210300), Nacionalni program za talente na visokoj razini za mlade i Fuyang High-level Talent Program. Program za talente visoke razine i druge potpore.
Slika 1 (a) Teorijski dizajn, (b) skenirajuća elektronska mikroskopija i (c) ispitni uzorak transmisionog spektra antirezonantnog fotonskog kristalnog vlakna sa šupljom jezgrom s dvostrukom presvlakom
Slika 2 (a) Karte bliskog polja moda LP01 i LP11 dobivene modalno selektivnom pobudom, (b) rezultati gubitka moda LP01 i LP11, (c) FOM krivulje omjera potiskivanja moda višeg reda, (d) središnje valne duljine maksimalne vrijednosti FOM11 (lijeva os) i visoki intervali vrijednosti FOM11 (desna os) za antirezonantna fotonska kristalna vlakna sa šupljom jezgrom s dvostrukim omotačem i punjenjem dušikom od 1-25 bara, (e) izmjerene središnje valne duljine na krivuljama FOM pri vrijednostima tlaka plina od 1 bara, 10 bara i 20 bara
