单模超大模场硫系瓣状光纤 - 硫系玻璃 | 宁波大学红外材料及器件实验室
研究进展
首页 > 研究进展
单模超大模场硫系瓣状光纤
作者: irglass 时间: 2023-09-07 浏览:1,114 次

       近日,我室研究生彭芊芊(第一作者)和王训四研究员(通讯作者)在期刊Journal of Lightwave Technology(IF=4.7)上发表题为“Single-mode Segmented Cladding Chalcogenide Glass Fiber with Ultra-large Mode Area”的论文(https://doi.org/10.1109/JLT.2023.3268211)(2023.9)。

       瓣状光纤由均匀高折射率纤芯及高折射率和低折射率材料交替分布的包层组成,大芯瓣状光纤可以在宽波长范围内实现单模传输,其大模场面积能有效抑制非线性效应,从而在单模大功率光纤放大器和激光器中具有实际应用价值。目前对于中红外瓣状光纤的研究仅局限于卤化银材料,而卤化银在空气中易潮解,阻碍了其实际应用。硫系玻璃具有良好的化学稳定性及极宽的中远红外透过窗口,是制备中红外瓣状光纤的优异基质材料。

       本文首次对硫系瓣状光纤进行了系统研究,首先在COMSOL软件中利用有限元法对瓣状光纤结构进行了理论仿真,得出当瓣状光纤瓣数周期为4,占空比为75%,纤芯半径为33µm时,模场面积可达2000µm2,同时在2-10µm波长范围内高阶模与基模损耗比大于两个数量级,具有良好的单模特性,如图1所示。然后采用Ge10As22Se68和As2S3作为基质材料运用挤压与堆叠结合的方法制备了该瓣状光纤,其最低损耗在8.6µm处为3.1dB/m,如图2(a)所示,由于光纤制备中产生形变,计算此时光纤结构得出其在波长大于5.3µm时为单模传输,如图2(b)所示。最后运用掏芯挤压法制备瓣状光纤并将其与传统阶跃型单模光纤进行对比,如图3所示,两种光纤在1.55µm处为单模传输,但瓣状结构可使模场面积达1080µm2,为传统阶跃型单模光纤的15倍。该项研究验证了硫系瓣状光纤可在中红外范围内实现大模场面积单模传输的特性,为其在高功率光纤激光器等实际应用中提供了理论基础。

图1 LP01及LP11的限制损耗与模场面积随波长的变化

图2(a)光纤损耗(内插图:光纤截面图);(b)模式限制损耗

图3(a)光场能量分布;(b)两种光纤模场面积对比