Illustration: Optoelectronics Research Center/University of Southampton

傳統(tǒng)的光纖引導(dǎo)光穿過(guò)極其透明的實(shí)心玻璃芯，損耗低至每公里0.142分貝。也就是說(shuō)百公里后超過(guò)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，特別是在短脈沖中，這限制了它們的應(yīng)用，包括為激光加工提供強(qiáng)光。

近日，南安普頓大學(xué)光電研究中心的一個(gè)團(tuán)隊(duì)已經(jīng)制造出空心纖維，在某些重要波長(zhǎng)上比實(shí)心纖維更加清晰。他們?cè)凇蹲匀煌ㄓ崱飞蠄?bào)道了他們的研究結(jié)果。

1998年，英國(guó)巴斯大學(xué)的Philip St. John Russell指出，微結(jié)構(gòu)光纖可以通過(guò)阻擋某些波長(zhǎng)的光在空心芯層中的傳輸，從而在空心芯層中引導(dǎo)光，此后，人們對(duì)空心芯光纖的興趣開(kāi)始升溫，光纖中的充氣微結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，而這些“光子帶隙”光纖使有限波長(zhǎng)的傳輸變得不實(shí)用。

近年來(lái)，南安普頓的Francesco Poletti開(kāi)創(chuàng)了一系列新的實(shí)驗(yàn)性纖維，這些纖維的微觀結(jié)構(gòu)僅限于纖維的空心芯，這與Russell的基本理念不同。Poletti 2014年的設(shè)計(jì)將幾對(duì)嵌套管隔開(kāi)，就像放在大管子里的小吸管一樣，圍繞中心核心的外部隔開(kāi)。

“Lumenisity有限公司，一家來(lái)自該小組的初創(chuàng)公司，已經(jīng)在運(yùn)行實(shí)時(shí)通信的光纜中安裝了有新設(shè)計(jì)的光纖”，Poletti在一封電子郵件中說(shuō)。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(chǎng)是要求極高速度的短數(shù)據(jù)鏈路。他列舉了金融轉(zhuǎn)移、5G以及數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和之間的鏈接。這對(duì)高頻安全交易員來(lái)說(shuō)是一個(gè)潛在的利好，然而，它還沒(méi)有達(dá)到1550年電信頻段的固芯光纖傳輸速度。

現(xiàn)在，Poletti的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了新的空心纖維，在電信波段以外的關(guān)鍵波長(zhǎng)上，這種纖維的透明度可以與實(shí)心纖維相媲美，甚至超過(guò)實(shí)心纖維，而玻璃是最透明的。他們?yōu)?60和850nm光子（這些紅色和近紅外波段廣泛應(yīng)用于生物和量子網(wǎng)絡(luò)）以及1064nm（另一個(gè)工業(yè)激光加工常用的近紅外波段）定制了光纖。

Poletti說(shuō)，在高精度傳感器、激光束傳輸和時(shí)頻測(cè)量方面，新技術(shù)可能比傳統(tǒng)的實(shí)心光纖具有優(yōu)勢(shì)。為數(shù)不多的幾家供應(yīng)商已經(jīng)在銷售老式空心光纖，以提供超短激光脈沖，這種脈沖能為智能手機(jī)切割玻璃提供一系列快速脈沖。Poletti說(shuō)：“空心纖維沒(méi)有其他選擇，因?yàn)閷?shí)心纖維無(wú)法與之競(jìng)爭(zhēng)?！睆?qiáng)烈的光脈沖必須遠(yuǎn)離玻璃以免損壞玻璃。

到目前為止，玻璃切割在整個(gè)市場(chǎng)中只占很小的份額，但他說(shuō)，他的團(tuán)隊(duì)的新型空心纖維可以在數(shù)十米或數(shù)百米的基本模式下傳輸千瓦級(jí)的連續(xù)功率，而且可能很快在大得多的高平均功率激光工業(yè)加工市場(chǎng)上挑戰(zhàn)實(shí)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(yōu)點(diǎn)。將光線擋在玻璃外可以避免非線性效應(yīng)，這種效應(yīng)會(huì)使信號(hào)失真，并可以提高傳輸激光束的質(zhì)量。

新纖維的基本極限是未知的。光散射在短于電信波段的波長(zhǎng)下控制了實(shí)心光纖的損耗。Poletti說(shuō)：“幾個(gè)月前，我們認(rèn)為空氣-玻璃界面（空心光纖中）的光散射最終會(huì)在這些較短波長(zhǎng)的損耗中占主導(dǎo)地位。但隨著光纖制造技術(shù)的提高，損耗不斷下降，他現(xiàn)在推測(cè)，幾年后，新的空心光纖在該波段的清晰度可能是基本極限實(shí)心光纖的10倍?！?/p>

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：新型中空光纖 比實(shí)心纖維更透明

文章出處：【微信公眾號(hào)：IEEE電氣電子工程師學(xué)會(huì)】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。