في الآونة الأخيرة، حقق مركز راسل لأبحاث الموجات الضوئية المتقدمة في معهد هانغتشو للآلات البصرية الدقيقة (HPMI)، بالتعاون مع جامعة ووهان للتكنولوجيا (WUT) وشركة نينغبو أيفاب لتكنولوجيا الإلكترونيات الضوئية المحدودة، تقدمًا كبيرًا في الألياف الضوئية المجهرية أحادية الوضع فائقة النقاء المجوفة المضادة للرنين. صمم الفريق وصنع أليافًا مجهرية مجوفة مضادة للرنين ذات توزيع شعري غير متساوي وبنية غلاف مزدوج، وأظهروا أن قمع الوضع الأعلى للألياف بالقرب من 1585 نانومتر أعلى بحوالي مرتبة إلى مرتبتين من حيث الحجم من الألياف المجوفة المبلغ عنها.
الألياف المجهرية المضادة للرنين ذات النواة المجوفة هي نوع جديد من موجهات الألياف المجهرية الموجهة بواسطة ثقوب هوائية ذات معامل انكسار منخفض، والتي تتمتع بمزايا توجيه الضوء الطيفي العريض، والتشتت المنخفض، وعدم الخطية المنخفضة، ومنطقة مجال الوضع الكبيرة، وعتبة الضرر بالليزر العالية، وقد جذبت انتباه الباحثين لأنها توفر منصة نقل ممتازة للبحث في مجالات نقل الليزر، واتصالات الألياف الضوئية، واستشعار الألياف الضوئية، والبصريات غير الخطية. من ناحية أخرى، تعد خصائص الوضع الواحد الجيدة مهمة للألياف المجوفة في التطبيقات العملية مثل استشعار الألياف عالية الأداء، واتصالات الألياف الضوئية، والمعالجة الذكية لنقل طاقة الليزر. ومع ذلك، نظرًا لقيود مبدأ توجيه الضوء، فمن الصعب تحقيق قمع فعال للأوضاع ذات الترتيب الأعلى في الألياف المجوفة على غرار الألياف الصلبة. غالبًا ما يتم تحقيق تحسين خصائص الوضع الواحد للألياف الضوئية من خلال تصميم حجم بنية الألياف لتحقيق أوضاع ذات ترتيب أعلى في القلب وأوضاع الغلاف لتحقيق ظروف مطابقة الطور، مما يزيد من فقدان الأوضاع ذات الترتيب الأعلى وتصفية وضع أساسي معين. ومع ذلك، فإن هذا النوع من الحلول لا يقوم بتصفية الأوضاع الأخرى ذات الترتيب الأعلى بشكل فعال في القلب، ولا تزال الأوضاع ذات الترتيب الأعلى المتبقية قد تسبب مشاكل مثل تقلبات طاقة الإخراج بسبب التداخل بين الوسائط أو التداخل بين الإشارات المرسلة، خاصة في حالة التطبيقات التي تستخدم أليافًا ضوئية أقصر.
ولمعالجة هذه المشكلات، استكشف فريق راسل نهجًا مختلفًا لترشيح الوضع الأعلى ترتيبًا، أولاً، عن طريق إدخال مسافة أكبر بين الشعيرات الدموية المغطاة للألياف البلورية الفوتونية الفارغة النواة والمضادة للرنين مع مسافة موحدة بين الفتحات لتعزيز تسرب الأوضاع الأعلى ترتيبًا، وثانيًا، عن طريق إدخال طبقة هوائية مناسبة خارج الغلاف على الجانب الخارجي من الغلاف الأول لبناء طبقة غلاف ثانية مضادة للرنين للألياف، كما هو موضح في الشكل 1أ أدناه. ونظرًا للاختلافات في الأطوال الموجية العرضية الفعالة للأوضاع المختلفة، فإن هذا الهيكل يعزز بشكل كبير فقدان الوضع الأعلى ترتيبًا عند أطوال موجية محددة ويحافظ على فقدان الوضع الأساسي منخفضًا نسبيًا. نجح الفريق تجريبيًا في إعداد ألياف مضادة للرنين ذات غلاف مزدوج مجوفة (الشكل 1ب)، والتي تشكل قمم رنينية كثيفة في فترة الطول الموجي الطويلة فوق ~1 ميكرومتر، مما يوفر نافذة متعددة المستويات لنقل الليزر بنقاء أحادي الوضع عالي للغاية، كما هو موضح في الشكل 1ج. علاوة على ذلك، كما هو موضح في الشكل 2، تم التحقق تجريبيًا من أن نسبة رفض الوضع الأعلى من الدرجة LP11 الأساسية لهذه الألياف البلورية الفوتونية المضادة للرنين ذات الغلاف المزدوج بالقرب من 1585 نانومتر تصل إلى 60 ديسيبل / كم، وهو أعلى بحوالي واحد إلى مرتبتين من حيث الحجم من الألياف المبلغ عنها ذات نقاء أحادي الوضع الأمثل. بالإضافة إلى ذلك، تتحقق هذه الدراسة من قابلية الضبط المرنة لفاصل النقل عالي النقاء أحادي الوضع لهذه الألياف المضادة للرنين ذات الغلاف المجوف مع اختلاف ضغط غاز التعبئة، مما يوسع بشكل فعال فترة الطول الموجي المتاحة للوضع الأحادي عالي النقاء. إن التحقق من صحة نقاء الوضع الواحد العالي للغاية في الألياف المجهرية المجوفة ذات البنية ذات الغلاف المزدوج يوفر فكرة جديدة للتطبيقات التي تتطلب نقاءً عاليًا لأوضاع الألياف، مثل نقل طاقة الليزر بالألياف، أو الاتصالات بالألياف الضوئية، أو الاستشعار بالألياف الضوئية.
تم نشر نتائج البحث ذات الصلة في مجلة "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber" وقد تم نشر نتائج البحث في Laser & Photonics Reviews، وهي مجلة رائدة في مجال الليزر والفوتونيات. كان الدكتور تشوزهاو لوه، طالب دكتوراه مشترك من جامعة ووهان للتكنولوجيا ومعهد شنغهاي للآلات البصرية (SIOM)، المؤلف الأول، وكان الباحث المشارك جيا بينج هوانج والباحث شين جيانج والباحث ميان بانج من مركز راسل هم المؤلفون المراسلون المشاركون، إلى جانب الدكتور روشين يين، طالب دكتوراه من معهد شنغهاي للآلات البصرية، والدكتور يو تشنغ من شركة نينغبو أيفيبو لتكنولوجيا الإلكترونيات البصرية. أشرف على هذا العمل البحثي البروفيسور فيليب راسل، وهو أكاديمي أجنبي من الأكاديمية الصينية للعلوم، وبدعم من خطة عمل شنغهاي للابتكار العلمي والتكنولوجي (21ZR1482700)، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (62275254)، وبرنامج بناء وتشغيل مختبر تشانغجيانغ (20DZ2210300)، وبرنامج الشباب الموهوبين على المستوى الوطني، وبرنامج المواهب الرفيعة المستوى في فويانغ. برنامج المواهب الرفيعة المستوى، وغيرها من أشكال الدعم.
الشكل 1 (أ) التصميم النظري، (ب) المجهر الإلكتروني الماسح، و(ج) نمط اختبار طيف النقل للألياف البلورية الفوتونية المضادة للرنين ذات الغلاف المزدوج المجوف
الشكل 2 (أ) خرائط المجال القريب لوضعي LP01 وLP11 تم الحصول عليها من الإثارة الانتقائية للوضع، (ب) نتائج فقدان وضعي LP01 وLP11، (ج) منحنيات نسبة قمع الوضع من الدرجة الأعلى FOM، (د) أطوال الموجات المركزية لقيم FOM11 القصوى (المحور الأيسر) وفترات قيمة FOM11 العالية (المحور الأيمن) لألياف البلورة الفوتونية المضادة للرنين ذات الغلاف المزدوج المجوفة مع حشو النيتروجين من 1-25 بار، (هـ) أطوال الموجات المركزية عند منحنيات FOM المقاسة عند قيم ضغط الغاز 1 بار و10 بار و20 بار
