浅谈空芯光纤
自从1966年英国华裔科学家高琨博士提出光纤以来,光纤几乎贯穿了整个人类社会的发展,并且极大的改变了人们的生活方式。到如今,随着科技的不断进步,人们对于光纤性能的要求越来越高,传统的玻璃光纤由于其本身的限制,如材料的吸收、色散、非线性、低损伤阈值等属性,使得其在光纤通信、高功率激光输出、超快光学、非线性光学等领域都表现出局限性,制约了相关行业的发展和进步。
为了突破传统光纤的局限,研究人员进行了更加深入的研究和探索。在研究过程中,纤芯为空气的空芯光纤(Hollow Core Fiber,HCF)应运而生。空芯光纤的结构相对于传统光纤较为特殊,其通过其特定的包层结构,可以将光限制在空气纤芯中进行传输,这就改变了光在光纤中的传输介质,从根本上避免了由于在材料本征限制而带来的问题。空芯光纤的出现,为解决当前传统光纤的局限提供了一个理想的解决方案。
空芯光纤的结构多种多样,为了得到性能更加优异的光纤,研究人员针对空芯光纤的结构进行了深入的研究和设计。从最开始的布拉格包层空芯光纤的提出,研究人员对于空芯光纤的研究就不曾停止但进展十分缓慢。直到1996年,光子晶体光纤概念的提出,极大的加速了空芯光纤的发展。到了1999年,当第一根空气导光的光子带隙型空芯光纤被制造出来后,人们开展了大量的研究,在研究过程中有对结构进行了改善,提出了Kagome型空芯光纤。这种光纤的结构与光子带隙型的光纤类似,但是其并不支持光子带隙传输,并且相对于光子带隙光纤,Kagome光纤能够同时在多个传输频带进行传输,并且在总体覆盖的光谱范围更广。针对Kagome光纤,研究人员对其进行了深入的研究并提出了反谐振反射光波导(ARROW)导光机理。而反谐振空芯光纤则是在研究人员在研究Kagome过程中发现的。相比于其他的空芯光纤,反谐振空芯光纤结构更加简单,并且研究人员通过研究发现,其纤芯边界为负曲率(纤芯边界曲率与纤芯圆形的曲率方向相反)时能表现出更好的性能,并且它外面的一圈管状结构对光纤的性能影响也不大。因此,反谐振空芯光纤逐渐成为研究人员研究的重点。