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來并吸收，從而讓折射棒扮演一個光譜過濾器的角色。折射棒離纖芯越遠，峰值帶寬的寬度越窄（b）。

由俄羅斯科學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院G.G. Devyatykh高純度物質(zhì)化學研究所組成的一個研究小組，一直在研究在光纖的包層中增加一個與纖芯分離開來的結(jié)構(gòu)，來改變通過光纖的光線。

首先，研究人員通過使增加的結(jié)構(gòu)具有吸收性，來建立一個模式過濾器——現(xiàn)在，他們已經(jīng)創(chuàng)建了一個共振結(jié)構(gòu)，以此作為光纖的一個光譜過濾器。該小組已經(jīng)在實驗中驗證了這些結(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。這個簡單的想法特別吸引人，因為它可以作為單模光纖的一個濾波器——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的軟件，對該技術(shù)進行建模。在光纖設(shè)計中，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（見圖1）。

折射棒和纖芯之間的距離是關(guān)鍵

通過建模顯示，當波長短于諧振波長時，光主要在纖芯中傳播；當波長長于諧振波長時，光主要被吸收到折射棒中，從而在光譜上分離了光（當波長與諧振波長相同時，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。對于較窄的諧振峰值帶寬，要抑制的波長處的損耗與工作波長處的損耗之間的比率較高。彎曲光纖會導致諧振波長的移動。

為了增強模式抑制，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，中心波長并沒有發(fā)生很大的移動，但它被展寬了，同時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。該配置通過一段1m長的光纖，將1027.5nm附近的信號抑制了大約20dB。

研究人員注意到，測量到的損失峰的強度，高于單純從折射棒的吸收系數(shù)所預期的強度；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

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