【儀表網 儀表研發】近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室研究團隊在中紅外波段反諧振空芯光纖基礎研究中取得新進展。團隊圍繞光纖材料吸收引發空芯光纖傳輸損耗這一光波導基本問題開展了深入理論研究，建立了空芯光纖材料損耗的解析模型，并利用該模型預測了石英基玻璃材料在4微米中紅外波段的損耗極限。
光纖是光導纖維的簡寫，是一種由玻璃或塑料制成的纖維，可作為光傳導工具。傳輸原理是光的全反射。前香港中文大學校長高錕和George A. Hockham首先提出光纖可以用于通訊傳輸的設想，高錕因此獲得2009年諾貝爾物理學獎。分為單模光纖、多模光纖、特種光纖等，具有帶寬寬、無串音、抗核輻射等優點。
近年來，反諧振空芯光纖(AR-HCF)因其寬帶、低損的傳輸特性獲得廣泛關注。由于絕大部分光被限制在空氣芯中，反諧振空芯光纖能夠極大克服基體材料本身吸收的影響，顯著降低材料損耗。目前使用石英玻璃制備反諧振空芯光纖，在4微米波長實現了0.04 dB/m的傳輸損耗，而該波長石英材料吸收超過800 dB/m。
空心光纖主要用于能量傳送，可供X射線、紫外線和遠紅外線光能傳輸。空心光纖結構有兩種：一是將玻璃作成圓筒狀，其纖芯與包層原理與階躍型相同。利用光在空氣與玻璃之間的全反射傳播。由于，光的大部分可在無損耗的空氣中傳播，具有一定距離的傳播功能。二是使圓筒內面的反射率接近1，以減少反射損耗。為了提高反射率，有在簡內設置電介質，使工作波長段損耗減少的。例如可以作到波長10.6pm損耗達幾dB/m的。
該項研究中，研究人員從Snyder和Love的經典光波導理論出發，將模態重疊因子的概念推廣至空芯光纖領域，嚴格推導出模態重疊因子的半解析表達式，用于表征空芯光纖的材料吸收對于傳輸損耗的貢獻。研究將半解析表達式計算結果與有限元方法數值計算系統比較，證明了該模型的精確性與有效性。此外，還系統探討了高材料吸收條件下低損反諧振空芯光纖的優化設計原則，對中紅外波段石英基反諧振空芯光纖的傳輸極限進行了預測。
資料來源：百科、上海光學精密機械研究所
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