超强激光科学卓越创新简报

(第二百三十六期)

2021年12月29日

上海光机所提出热致光纤群延迟调控的新方法

　　近期，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室研究团队，在空芯光子带隙光纤（PBG-HCF）基础研究中取得突破，提出利用表面模耦合新方法，实现对空芯光子带隙光纤热致群延迟系数（TCD）的大范围调控。相关研究成果发表于Optics Express。

　　传统石英光纤的群延迟系数随使用温度不同而改变，这种现象源自于光纤材料的内禀属性，主要由石英材料热的光效应和涂敷层材料诱导的光弹效应决定。光纤群延迟的热敏感性在根本上限制了基于光纤的时频信号应用场景，而发展零热敏系数、负热敏系数的新型光纤在基础研究、国防安全和大容量光通信应用中有着迫切需求。

　　研究团队根据低损耗空芯光纤的独特导光机制，提出了基于表面模耦合的光纤热致群延迟系数调控新方法。理论模型与数值计算表明，通过合理设计光纤结构，适量的表面模耦合效应可以较低的损耗代价（10-3dB/m），实现-400 ps/km/K至400 ps/km/K群延迟热敏系数的调节范围。基于表面模调控的光纤设计方法，使得定制具有特殊热延迟性质的空芯光纤成为可能，理论上可以满足长距离、分布式时间和频率传输，高精度时间、数据同步和宽带光通信网络等传输时延敏感应用的各种特殊需求。

　　该工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划的资助。

　　原文链接

图1 19芯PBG-HCF仿真结果。左:x偏振。右:y偏振。(a) 20°C下带隙内超模的有效折射率和损耗。彩色虚线:有效折射率；黑色实线:限制损耗。(b)反交叉点附近的TCD。

图2 19芯PBG-HCF的双折射、TCB以及双折射关于波长导数的仿真结果。红实线:双折射。黑实线: TCB。蓝实线: 双折射关于波长的导数。矩形阴影：表面模强耦合区域。