Récemment, le Russell Advanced Lightwave Research Center de l'Optical Precision Machinery Institute (HPMI) de Hangzhou, en collaboration avec l'Université de technologie de Wuhan (WUT) et Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd., ont réalisé une percée dans le domaine des fibres optiques microstructurées anti-résonance à cœur creux à pureté monomode ultra élevée. L'équipe a conçu et fabriqué une fibre microstructurée anti-résonance à cœur creux avec une distribution capillaire à pas non égal et une structure à double gaine, et a démontré que la suppression de mode d'ordre supérieur de la fibre près de 1585 nm est environ un à deux ordres de grandeur supérieure à celle des fibres à cœur creux décrites.
La fibre microstructurée anti-résonnante à cœur creux est un nouveau type de guide d'ondes à fibre microstructurée guidé par des trous d'air à faible indice de réfraction, qui présente les avantages d'un guidage de lumière à large spectre, d'une faible dispersion, de faibles non-linéarités, d'une grande zone de champ de mode et d'un seuil de dommage laser élevé, et a attiré l'attention des chercheurs car elle fournit une excellente plate-forme de transmission pour la recherche dans les domaines de la transmission laser, de la communication par fibre optique, de la détection par fibre optique et de l'optique non linéaire. D'une part, de bonnes caractéristiques monomodes sont importantes pour les fibres à cœur creux dans des applications pratiques telles que la détection par fibre haute performance, les communications par fibre optique et le traitement intelligent de la transmission d'énergie laser. Cependant, en raison de la limitation de son principe de guidage de la lumière, il est difficile d'obtenir une suppression efficace des modes d'ordre supérieur dans les fibres à cœur creux similaire à celle des fibres à cœur plein. L'optimisation des caractéristiques monomodes des fibres optiques est souvent obtenue par la conception de la taille de la structure de la fibre pour obtenir des modes d'ordre supérieur dans le cœur et des modes de gaine pour obtenir des conditions de correspondance de phase, augmentant la perte de modes d'ordre supérieur et filtrant un mode de cœur particulier. Cependant, ce type de solution ne filtre pas efficacement les autres modes d'ordre supérieur dans le cœur, et les modes d'ordre supérieur résiduels peuvent toujours causer des problèmes tels que des fluctuations de puissance de sortie dues à des interférences intermodales ou à une diaphonie des signaux transmis, en particulier dans le cas d'applications utilisant des fibres optiques plus courtes.
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe de Russell a exploré une approche différente du filtrage de mode d'ordre supérieur, tout d'abord en introduisant un espacement de trous plus grand entre les capillaires de gaine d'une fibre à cristal photonique anti-résonnante à cœur vide avec un espacement de trous uniforme pour améliorer la fuite des modes d'ordre supérieur, et ensuite en introduisant une couche d'air appropriée à l'extérieur du boîtier à l'extérieur du premier revêtement pour construire une seconde couche de revêtement anti-résonnante de la fibre, comme illustré dans la figure 1a ci-dessous. En raison des différences dans les longueurs d'onde transversales effectives des différents modes, cette structure améliore considérablement la perte de mode d'ordre supérieur à des longueurs d'onde spécifiques et maintient la perte du mode fondamental relativement faible. L'équipe a réussi expérimentalement à préparer une fibre anti-résonnante à cœur creux à double gaine (figure 1b), qui forme des pics résonnants denses dans l'intervalle de longueur d'onde longue au-dessus d'environ 1 µm, fournissant une fenêtre à plusieurs niveaux pour la transmission laser avec une pureté monomode ultra-élevée, comme illustré dans la figure 1c. De plus, comme le montre la figure 2, il est vérifié expérimentalement que le taux de rejet de mode d'ordre supérieur LP11 du cœur de cette fibre à cristal photonique anti-résonnante à cœur creux à double gaine près de 1585 nm est aussi élevé que 60 dB/km, ce qui est environ un à deux ordres de grandeur supérieur à celui des fibres rapportées avec une pureté monomode optimisée. De plus, cette étude vérifie la flexibilité de réglage de l'intervalle de transmission à haute pureté monomode de cette fibre anti-résonnante à cœur creux avec la variation de la pression du gaz de remplissage, ce qui étend efficacement l'intervalle de longueur d'onde disponible pour le mode monomode de haute pureté. La validation de la pureté monomode ultra-élevée dans les fibres microstructurées à cœur creux avec structure à double gaine fournit une nouvelle idée pour les applications nécessitant une pureté élevée des modes de fibre, telles que la transmission d'énergie laser à fibre, la communication par fibre optique ou la détection par fibre optique.
Les résultats de recherche associés sont publiés dans la revue « Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber ». Les résultats de la recherche ont été publiés dans Laser & Photonics Reviews, une revue de premier plan sur le laser et la photonique. Français Le Dr Zhuozhao Luo, co-doctorant de l'Université de technologie de Wuhan et de l'Institut de machinerie optique de Shanghai (SIOM), était le premier auteur, et le chercheur associé Jiapeng Huang, le chercheur Xin Jiang et le chercheur Mian Pang du Russell Center étaient les co-auteurs correspondants, avec le Dr Ruochen Yin, doctorant du SIOM, et le Dr Yu Zheng de Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Ce travail de recherche a été supervisé par le professeur Philip Russell, académicien étranger de l'Académie chinoise des sciences, et soutenu par le Plan d'action pour l'innovation scientifique et technologique de Shanghai (21ZR1482700), la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (62275254), le Programme de construction et d'exploitation du laboratoire de Zhangjiang (20DZ2210300), le Programme national pour les jeunes talents de haut niveau et le Programme pour les talents de haut niveau de Fuyang. Programme des talents de haut niveau, et d'autres soutiens.
Fig. 1 (a) Conception théorique, (b) microscopie électronique à balayage et (c) modèle de test du spectre de transmission d'une fibre à cristal photonique anti-résonnante à noyau creux à double gaine
Fig. 2 (a) Cartes de champ proche des modes LP01 et LP11 obtenues à partir d'une excitation sélective de mode, (b) Résultats de perte de mode LP01 et LP11, (c) Courbes FOM du rapport de suppression de mode d'ordre supérieur, (d) longueurs d'onde centrales des valeurs maximales de FOM11 (axe de gauche) et intervalles de valeurs élevées de FOM11 (axe de droite) pour les fibres à cristal photonique anti-résonnant à noyau creux à double gaine avec remplissage d'azote à partir de 1-25 bar, (e) longueurs d'onde centrales aux courbes FOM mesurées à des valeurs de pression de gaz de 1 bar, 10 bar et 20 bar
