新型中空纤维：在某些重要波长处比实心纤维更透明

插图：南安普敦大学光电研究中心/传统光纤将光引导通过非常透明的固态玻璃芯，每公里的损耗低至0.142分贝。换句话说，在100公里之后，仍有超过百分之一的输入光存在。
但是，固体玻璃纤维不能承载很高的功率，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。最近，来自南安普敦大学光电研究中心的一个团队生产了在某些重要波长处比实心纤维更透明的中空纤维。
他们在《自然通讯》中报告了他们的发现。 1998年，巴斯大学的Philip St. John Russell指出，微结构化光纤可以通过阻止中空芯中某些波长的光的传输来引导中空芯中的光。
从那时起，人们开始对中空光纤感兴趣。开始变热，光纤中的充气微结构非常复杂，并且这些“光子带隙”非常大。
光纤使有限波长的传输不可行。近年来，南安普敦的弗朗切斯科·波莱蒂（Francesco Poletti）创建了一系列新的实验纤维，其微观结构仅限于纤维的中空芯，这与罗素的基本原理不同。
Poletti的2014年设计将几对嵌套的管子分开，就像是将小吸管放在大管子中，围绕着中心核心。 “该集团的初创公司Lumenisity Co.，Ltd.已在运行实时通信的光缆中安装了新设计的光纤。
”波莱蒂在一封电子邮件中说。空气中光的传播速度比玻璃中的传播速度快50％，因此空心光纤的最初市场是一条短数据链路，需要极高的速度。
他列举了财务转移，5G以及数据中心内部和之间的链接。这是对高频证券交易商的潜在好处，但是，它尚未达到1550年电信频段中实芯光纤的传输速度。
现在，Poletti的团队开发了一种新的中空光纤。在电信频段以外的关键波长处，该光纤的透明度与固态光纤相当或什至更高，而玻璃是最透明的。
他们为660和850nm光子（红色和近红外波段被广泛用于生物和量子网络）和1064nm（另一种通常在工业激光加工中使用的近红外波段）定制了光纤。 Poletti说，就高精度传感器，激光束传输和时频测量而言，新技术可能比传统的固态光纤具有优势。
少数供应商已经在销售旧的中空光纤，以提供超短激光脉冲，从而可以提供一系列快速脉冲来切割智能手机中的玻璃。波莱蒂说：“空心纤维别无选择，因为实心纤维无法与之竞争。
”必须使强光脉冲远离玻璃，以免损坏玻璃。到目前为止，玻璃切割仅占整个市场的一小部分，但他说，他团队的新型中空纤维可以以几十米或几百米的基本模式传输千瓦级的连续功率，并且可能很快就会挑战高平均功率激光器在更大的工业加工市场中使用实心纤维。
除了抗破坏性和更快的光速外，这种新型的中空纤维还具有其他优势。将光阻挡在玻璃外面可以避免非线性效应，非线性效应会使信号失真并提高透射激光束的质量。
新纤维的基本极限是未知的。光散射控制波长短于电信频段的固体光纤的损耗。
波莱蒂说：“几个月前，我们认为在空气-玻璃界面（中空纤维）中的光散射最终将主导这些较短波长的损耗。但是随着纤维制造技术的提高，损失继续减少。
他现在推测，几年后，该带中的新型中空纤维的清晰度可能是基本极限实心纤维的清晰度的10倍。