螺旋结构空芯光纤研究

Hollow-core fibers are often utilized to confine and transmit light in a small hollow channel for a long distance. Its unique properties, such as relative low loss, pressure dependent dispersion and controllable transmission window, provide a perfect platform for the studies of high power laser delivery, pulse compressing, nonlinear optics, light-mater interaction and so on. In this proposal, a helically twisted hollow-core fiber is proposed for the first time in order to modify the transmission property of the fiber. By establishing a numerical model, the modal properties, confinement loss and polarization states of the twisted fiber will be analyzed. The potential applications on filtering high order modes, propagation of vortex beam and circular birefringence will be explored. Twisted hollow-core fibers will be fabricated in the lab and parameters of the fiber can be optimized based on the simulation results. The study on twisted hollow-core fibers will help us to understand the optical waveguides with helical structure and pave a new way to design a low loss hollow-core fiber with single mode operation.

空芯光纤能够将激光约束在以空气/真空为纤芯的微腔中进行长距离传输，具有损耗低、色散可调、传输窗口可控等特点，为高能量脉冲传输、脉冲压缩、非线性光学、光与物质的相互作用等研究提供了完美的研究平台。本项目首次将螺旋结构引入到空芯光纤中，通过纵向的螺旋结构调制/改变光纤的传输性能。在理论研究方面，通过建立理论与仿真模型，研究其本征模式、传输损耗、模式偏振等特性与光纤各个参数的关系，并分析验证该光纤在滤除高阶模、涡旋光传输、偏振态保持等特性方面的猜想。在实验研究方面，依据理论模型优化光纤的结构参数，制备相应的螺旋结构空芯光纤，并对该光纤的模式与传输特性进行实验研究。本项目的开展，将加深对螺旋结构光波导的理解，为单模低损耗空芯光纤的设计和研究提供新的思路。

作为一种具有特殊用途的特种光纤，空芯光纤能够将激光约束在以空气/真空为纤芯的微腔中进行长距离传输，具有损耗低、色散可调、传输窗口可控等特点，为高能量脉冲传输、脉冲压缩、非线性光学、光与物质的相互作用等研究提供了完美的研究平台。本项目首次将螺旋结构引入到空芯光纤中，通过纵向的螺旋结构调制/改变光纤的传输性能。本项目围绕“螺旋结构空芯光纤”这一课题，对这一特殊结构光波导的导光机制、模式特性以及制备方法开展了较为深入的理论和实验研究，主要取得了以下结果：.首先，建立了适用于螺旋结构光波导的二维数值仿真模型；并利用该模型针对螺旋结构空芯光纤的传输特性进行了深入的理论仿真研究；揭示了包括螺距、壁厚等光纤参数对空芯光纤基模和高阶模的传输特性的影响；仿真结果也揭示了螺旋结构空芯光纤对具有轨道角动量模式的涡旋光束的传输能力。.其次，建立了基于CO2激光的光纤后处理平台，能够对普通光纤和光子晶体光纤进行拉锥和光栅刻写等操作。实验中，利用该平台制备了基于1um和2um波段的长周期光纤光栅、模式转换器以及涡旋光转换器；同时，利用该平台实现了普通螺旋光纤和螺旋实芯光子晶体光纤的制备，为研究螺旋结构光波导提供了一条有效途径。.再次，通过合理优化空芯光纤参数，并利用光纤拉丝塔设备拉制了具有单模传输功能的无节点型空芯光纤，为螺旋结构空芯光纤的后续相关研究提供了基础。.另外，项目研究期间共发表相关SCI学术论文4篇，申请国家专利1项。培养硕士研究生1名，本科生2名。