최근, Hangzhou Optical Precision Machinery Institute(HPMI)의 Russell Advanced Lightwave Research Center는 Wuhan University of Technology(WUT) 및 Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd.와 협력하여 초고 단일 모드 순도의 중공 코어 반공진 미세 구조 광섬유에서 획기적인 진전을 이루었습니다. 이 팀은 비균등 피치 모세관 분포와 이중 클래딩 구조를 가진 중공 코어, 반공진 미세 구조 광섬유를 설계 및 제작했으며, 1585nm 근처에서 광섬유의 고차 모드 억제가 보고된 중공 코어 광섬유보다 약 1~2배 더 높다는 것을 보여주었습니다.
중공 코어 반공진 미세 구조 파이버는 낮은 굴절률 공기 구멍에 의해 유도되는 새로운 유형의 미세 구조 파이버 도파관으로, 광범위한 스펙트럼 광 가이드, 낮은 분산, 낮은 비선형성, 큰 모드 필드 영역 및 높은 레이저 손상 임계값의 장점을 가지고 있으며 레이저 전송, 광섬유 통신, 광섬유 감지 및 비선형 광학 분야의 연구를 위한 우수한 전송 플랫폼을 제공하기 때문에 연구자들의 주목을 받고 있습니다. 한편, 우수한 단일 모드 특성은 고성능 파이버 감지, 광섬유 통신 및 레이저 에너지 전송의 지능형 처리와 같은 실제 응용 분야에서 중공 코어 파이버에 중요합니다. 그러나 광 가이드 원리의 한계로 인해 솔리드 코어 파이버와 유사하게 중공 코어 파이버에서 고차 모드를 효과적으로 억제하는 것이 어렵습니다. 광섬유의 단일 모드 특성 최적화는 종종 코어에서 고차 모드를 달성하고 클래딩 모드에서 위상 일치 조건을 달성하기 위해 광섬유 구조 크기를 설계하여 달성되며, 고차 모드의 손실을 증가시키고 특정 코어 모드를 필터링합니다. 그러나 이러한 유형의 솔루션은 코어에서 다른 고차 모드를 효과적으로 필터링하지 못하며, 잔여 고차 모드는 특히 짧은 광섬유를 사용하는 애플리케이션의 경우 전송 신호의 인터모달 간섭 또는 크로스토크로 인한 출력 전력 변동과 같은 문제를 여전히 일으킬 수 있습니다.
이러한 문제를 해결하기 위해 Russell의 팀은 고차 모드 필터링에 대한 다른 접근 방식을 탐구했습니다.첫째, 균일한 홀 간격을 갖는 빈 코어, 반공진 광자 결정 파이버의 클래딩 모세관 사이에 더 큰 홀 간격을 도입하여 고차 모드의 누설을 향상시키고, 둘째, 아래 그림 1a에 표시된 것처럼 파이버의 두 번째 반공진 클래딩 층을 구성하기 위해 첫 번째 클래딩 외부의 케이싱 외부에 적절한 공기층을 도입했습니다.다른 모드의 효과적인 횡파장의 차이로 인해 이 구조는 특정 파장에서 고차 모드 손실을 크게 향상시키고 기본 모드의 손실을 비교적 낮게 유지합니다.이 팀은 실험적으로 ~1μm 이상의 장파장 간격에서 밀집된 공진 피크를 형성하는 이중 클래딩 중공 코어 반공진 파이버(그림 1b)를 제조하는 데 성공하여 그림 1c에 표시된 것처럼 매우 높은 단일 모드 순도를 가진 레이저 전송을 위한 다중 레벨 창을 제공했습니다. 또한, 그림 2에 도시된 바와 같이, 이 이중 클래드 중공 코어 반공진 광자 결정 파이버의 1585 nm 근처의 코어 LP11 고차 모드 제거율이 60 dB/km로 높은 것으로 실험적으로 검증되었으며, 이는 최적화된 단일 모드 순도를 가진 보고된 파이버보다 약 1~2배 더 높습니다. 또한, 이 연구는 충전 가스 압력의 변화에 따른 이 중공 코어 반공진 파이버의 높은 단일 모드 순도 전송 간격의 유연한 조정 가능성을 검증하여 고순도 단일 모드에 사용 가능한 파장 간격을 효과적으로 확장합니다. 이중 클래딩 구조를 가진 중공 코어 미세 구조 파이버에서 초고 단일 모드 순도를 검증하면 파이버 레이저 에너지 전송, 광섬유 통신 또는 광섬유 감지와 같이 고순도 파이버 모드가 필요한 응용 분야에 대한 새로운 아이디어를 제공합니다.
관련 연구 결과는 저널 "Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber에서 향상된 모달 필터링을 통한 초고 횡모드 순도"에 게재되었습니다. 연구 결과는 레이저 및 광자학 분야의 최고 저널인 Laser & Photonics Reviews에 게재되었습니다. 우한 이공대학과 상하이 광학 기계 연구소(SIOM)의 공동 박사 과정 학생인 주오자오 뤄 박사가 첫 번째 저자였고, 러셀 센터의 부연구원 지아펭 황, 연구원 신 지앙, 연구원 미안 팡이 공동 책임 저자였으며, SIOM의 박사 과정 학생인 루오첸 잉 박사와 닝보 아이피보 광전자 기술 회사의 유 정 박사가 공동 책임 저자였습니다. 이 연구는 중국 과학 아카데미의 외국 학술원인 필립 러셀 교수의 지도를 받았으며, 상하이 과학기술 혁신 행동 계획(21ZR1482700), 중국 국가자연과학기금(62275254), 장장 실험실 건설 및 운영 프로그램(20DZ2210300), 국가 고급 인재 청년 프로그램, 푸양 고급 인재 프로그램, 고급 인재 프로그램 및 기타 지원의 지원을 받았습니다.
그림 1 (a) 이론적 설계, (b) 주사 전자 현미경, (c) 이중 클래드 중공 코어 반공진 광자 결정 광섬유의 투과 스펙트럼 시험 패턴
그림 2 (a) 모드 선택적 여기에서 얻은 LP01 및 LP11 모드 근거리 맵, (b) LP01 및 LP11 모드 손실 결과, (c) 고차 모드 억제율 FOM 곡선, (d) 1-25 bar의 질소 충진을 갖는 이중 클래딩 중공 코어 반공진 광자 결정 파이버의 최대 FOM11 값(좌측 축) 및 높은 FOM11 값 간격(우측 축)의 중심 파장, (e) 1 bar, 10 bar 및 20 bar의 가스 압력 값에서 측정된 FOM 곡선의 중심 파장
