新型中空光纤：在某些重要波长上比实心纤维更加清晰

Illustration: Optoelectronics Research Center/University of Southampton

传统的光纤引导光穿过极其透明的实心玻璃芯，损耗低至每公里0.142分贝。也就是说百公里后超过百分之一的输入光仍然存在。然而，固体玻璃纤维不能携带很高的功率，特别是在短脉冲中，这限制了它们的应用，包括为激光加工提供强光。

近日，南安普顿大学光电研究中心的一个团队已经制造出空心纤维，在某些重要波长上比实心纤维更加清晰。他们在《自然通讯》上报道了他们的研究结果。

1998年，英国巴斯大学的Philip St. John Russell指出，微结构光纤可以通过阻挡某些波长的光在空心芯层中的传输，从而在空心芯层中引导光，此后，人们对空心芯光纤的兴趣开始升温，光纤中的充气微结构非常复杂，而这些“光子带隙”光纤使有限波长的传输变得不实用。

近年来，南安普顿的Francesco Poletti开创了一系列新的实验性纤维，这些纤维的微观结构仅限于纤维的空心芯，这与Russell的基本理念不同。Poletti 2014年的设计将几对嵌套管隔开，就像放在大管子里的小吸管一样，围绕中心核心的外部隔开。

“Lumenisity有限公司，一家来自该小组的初创公司，已经在运行实时通信的光缆中安装了有新设计的光纤”，Poletti在一封电子邮件中说。光在空气中的传播速度比在玻璃中快50%，因此空心光纤的最初市场是要求极高速度的短数据链路。他列举了金融转移、5G以及数据中心内部和之间的链接。这对高频安全交易员来说是一个潜在的利好，然而，它还没有达到1550年电信频段的固芯光纤传输速度。

现在，Poletti的团队已经开发出了新的空心纤维，在电信波段以外的关键波长上，这种纤维的透明度可以与实心纤维相媲美，甚至超过实心纤维，而玻璃是最透明的。他们为660和850nm光子（这些红色和近红外波段广泛应用于生物和量子网络）以及1064nm（另一个工业激光加工常用的近红外波段）定制了光纤。

Poletti说，在高精度传感器、激光束传输和时频测量方面，新技术可能比传统的实心光纤具有优势。为数不多的几家供应商已经在销售老式空心光纤，以提供超短激光脉冲，这种脉冲能为智能手机切割玻璃提供一系列快速脉冲。Poletti说：“空心纤维没有其他选择，因为实心纤维无法与之竞争。”强烈的光脉冲必须远离玻璃以免损坏玻璃。

到目前为止，玻璃切割在整个市场中只占很小的份额，但他说，他的团队的新型空心纤维可以在数十米或数百米的基本模式下传输千瓦级的连续功率，而且可能很快在大得多的高平均功率激光工业加工市场上挑战实心光纤。

这种新型中空纤维除了具有抗损伤和更快的光速外，还具有其他优点。将光线挡在玻璃外可以避免非线性效应，这种效应会使信号失真，并可以提高传输激光束的质量。

新纤维的基本极限是未知的。光散射在短于电信波段的波长下控制了实心光纤的损耗。Poletti说：“几个月前，我们认为空气-玻璃界面（空心光纤中）的光散射最终会在这些较短波长的损耗中占主导地位。但随着光纤制造技术的提高，损耗不断下降，他现在推测，几年后，新的空心光纤在该波段的清晰度可能是基本极限实心光纤的10倍。”

责任编辑：xj

原文标题：新型中空光纤 比实心纤维更透明

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