文/John Wallace

圖1：在一根芯徑為10μm的單模光纖的包層中，一根高折射率棒被放置在距離芯徑S的地方；除了纖芯支持的模式外，折射棒本身也支持一種模式（a）。這個(gè)想法是為了讓折射棒與纖芯共振，把某些光譜區(qū)域的光從纖芯中吸引過(guò)來(lái)并吸收，從而讓折射棒扮演一個(gè)光譜過(guò)濾器的角色。折射棒離纖芯越遠(yuǎn)，峰值帶寬的寬度越窄（b）。

由俄羅斯科學(xué)院普羅霍羅夫普通物理研究所、俄羅斯迪亞諾夫光纖研究中心和俄羅斯科學(xué)院G.G. Devyatykh高純度物質(zhì)化學(xué)研究所組成的一個(gè)研究小組，一直在研究在光纖的包層中增加一個(gè)與纖芯分離開(kāi)來(lái)的結(jié)構(gòu)，來(lái)改變通過(guò)光纖的光線。

首先，研究人員通過(guò)使增加的結(jié)構(gòu)具有吸收性，來(lái)建立一個(gè)模式過(guò)濾器——現(xiàn)在，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個(gè)共振結(jié)構(gòu)，以此作為光纖的一個(gè)光譜過(guò)濾器。該小組已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中驗(yàn)證了這些結(jié)果。

他們的想法是，在光纖的包層中，在距離芯徑為S的地方，放置一根或多根高折射率棒，它與纖芯產(chǎn)生共振，吸收某些光譜區(qū)域，而不影響其他光譜。這個(gè)簡(jiǎn)單的想法特別吸引人，因?yàn)樗�可以作為單模光纖的一個(gè)濾波器——例如，抑制光纖激光器中不想要的發(fā)光頻率，或者抑制受激拉曼散射。

研究人員首先使用COMSOL Multiphysics軟件以及他們自己編寫(xiě)的軟件，對(duì)該技術(shù)進(jìn)行建模。在光纖設(shè)計(jì)中，纖芯和每根折射棒都支持一種模式的傳播；因此，除了纖芯外，如果光纖中放置了三根折射棒，這根光纖將支持四種模式。所有建模光纖的纖芯直徑為10μm，纖芯的指數(shù)差為0.002。在一個(gè)例子中，一根直徑為1.14μm、指數(shù)差為0.01的折射棒，被放置在離纖芯有一定距離的地方（見(jiàn)圖1）。

折射棒和纖芯之間的距離是關(guān)鍵

通過(guò)建模顯示，當(dāng)波長(zhǎng)短于諧振波長(zhǎng)時(shí)，光主要在纖芯中傳播；當(dāng)波長(zhǎng)長(zhǎng)于諧振波長(zhǎng)時(shí)，光主要被吸收到折射棒中，從而在光譜上分離了光（當(dāng)波長(zhǎng)與諧振波長(zhǎng)相同時(shí)，光在纖芯和折射棒之間平均分配）。共振帶寬的變化取決于纖芯和折射棒之間的距離，距離越小，帶寬越大。對(duì)于較窄的諧振峰值帶寬，要抑制的波長(zhǎng)處的損耗與工作波長(zhǎng)處的損耗之間的比率較高。彎曲光纖會(huì)導(dǎo)致諧振波長(zhǎng)的移動(dòng)。

為了增強(qiáng)模式抑制，研究人員還研究了一種配置，其中有三根折射棒，圍繞纖芯軸線等角度間隔排列。在這種情況下，彎曲光纖，中心波長(zhǎng)并沒(méi)有發(fā)生很大的移動(dòng)，但它被展寬了，同時(shí)減少了頻帶中心的峰值抑制。

研究人員制造了一根放置了折射棒的單模石英光纖，旨在共振地抑制波長(zhǎng)1030nm附近的光，這是工作在977nm的摻鐿（Yb）激光器不想要的放大自發(fā)發(fā)射的光譜范圍。該配置通過(guò)一段1m長(zhǎng)的光纖，將1027.5nm附近的信號(hào)抑制了大約20dB。

研究人員注意到，測(cè)量到的損失峰的強(qiáng)度，高于單純從折射棒的吸收系數(shù)所預(yù)期的強(qiáng)度；他們假設(shè)，增加的額外損失是由于彎曲或微彎曲損失造成的。

參考文獻(xiàn)

1. S. Aleshkina et al., Opt. Lett. (2021); https://doi.org/10.1364/ol.412429.