IEEE電氣電子工程師 發表於 2021-01-11 09:15:48
Illustration: Optoelectronics Research Center/University of Southampton
傳統的光纖引導光穿過極其透明的實心玻璃芯，損耗低至每公裡0.142分貝。也就是說百公裡後超過百分之一的輸入光仍然存在。然而，固體玻璃纖維不能攜帶很高的功率，特別是在短脈衝中，這限制了它們的應用，包括為雷射加工提供強光。
近日，南安普頓大學光電研究中心的一個團隊已經製造出空心纖維，在某些重要波長上比實心纖維更加清晰。他們在《自然通訊》上報導了他們的研究結果。
1998年，英國巴斯大學的Philip St. John Russell指出，微結構光纖可以通過阻擋某些波長的光在空心芯層中的傳輸，從而在空心芯層中引導光，此後，人們對空心芯光纖的興趣開始升溫，光纖中的充氣微結構非常複雜，而這些「光子帶隙」光纖使有限波長的傳輸變得不實用。
近年來，南安普頓的Francesco Poletti開創了一系列新的實驗性纖維，這些纖維的微觀結構僅限於纖維的空心芯，這與Russell的基本理念不同。Poletti 2014年的設計將幾對嵌套管隔開，就像放在大管子裡的小吸管一樣，圍繞中心核心的外部隔開。
「Lumenisity有限公司，一家來自該小組的初創公司，已經在運行實時通信的光纜中安裝了有新設計的光纖」，Poletti在一封電子郵件中說。光在空氣中的傳播速度比在玻璃中快50%，因此空心光纖的最初市場是要求極高速度的短數據鏈路。他列舉了金融轉移、5G以及數據中心內部和之間的連結。這對高頻安全交易員來說是一個潛在的利好，然而，它還沒有達到1550年電信頻段的固芯光纖傳輸速度。
現在，Poletti的團隊已經開發出了新的空心纖維，在電信波段以外的關鍵波長上，這種纖維的透明度可以與實心纖維相媲美，甚至超過實心纖維，而玻璃是最透明的。他們為660和850nm光子（這些紅色和近紅外波段廣泛應用於生物和量子網絡）以及1064nm（另一個工業雷射加工常用的近紅外波段）定製了光纖。
Poletti說，在高精度傳感器、雷射束傳輸和時頻測量方面，新技術可能比傳統的實心光纖具有優勢。為數不多的幾家供應商已經在銷售老式空心光纖，以提供超短雷射脈衝，這種脈衝能為智慧型手機切割玻璃提供一系列快速脈衝。Poletti說：「空心纖維沒有其他選擇，因為實心纖維無法與之競爭。」強烈的光脈衝必須遠離玻璃以免損壞玻璃。
到目前為止，玻璃切割在整個市場中只佔很小的份額，但他說，他的團隊的新型空心纖維可以在數十米或數百米的基本模式下傳輸千瓦級的連續功率，而且可能很快在大得多的高平均功率雷射工業加工市場上挑戰實心光纖。
這種新型中空纖維除了具有抗損傷和更快的光速外，還具有其他優點。將光線擋在玻璃外可以避免非線性效應，這種效應會使信號失真，並可以提高傳輸雷射束的質量。
新纖維的基本極限是未知的。光散射在短於電信波段的波長下控制了實心光纖的損耗。Poletti說：「幾個月前，我們認為空氣-玻璃界面（空心光纖中）的光散射最終會在這些較短波長的損耗中佔主導地位。但隨著光纖製造技術的提高，損耗不斷下降，他現在推測，幾年後，新的空心光纖在該波段的清晰度可能是基本極限實心光纖的10倍。」
責任編輯：xj
原文標題：新型中空光纖 比實心纖維更透明
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