空心光纤助力下一代科学仪器的发展

这种新型光纤的最新进展发表在本周的《自然光子学》(Nature Photonics)杂志上，突显了这种技术在下一代光学干涉系统和传感器方面的潜力。

空心光纤将最先进干涉仪的自由空间传输性能与现代光纤的长度尺度结合起来，通过在充满空气或真空的纤芯中引导光束。

研究人员正在与行业合作伙伴合作，如与国家物理实验室合作，进一步探索这一发现的影响，参与英国网络的Airguide光子学项目。

空心光纤项目的负责人Francesco Poletti教授说：“通过消除光纤中心的玻璃介质，我们还消除了降低输入光束偏振纯度的物理机制。因此，我们的纤维提供的品质代表了一种向性能上的巨大飞跃的范式转变。”

“衰减率低至0.28db/km，有望很快达到低于常规光纤瑞利散射极限的水平，这种波导结构很快就能为下一代光子学支持的科学仪器在预定波长和数百公里外提供类似真空的制导纯度和环境不敏感度。”

在保持光波所有基本属性的同时传播光波是所有使用光来感知环境或传输数据和功率的应用程序的基本关注点。高性能的干涉仪、陀螺仪和频率梳使用光的波长作为一个微型尺来测量距离、转速和时间，其精度令人难以置信。它们都依赖于具有最高空间、光谱和偏振纯度的光束的传输。

为了达到最好的性能，科学家们目前需要在真空中通过自由空间传播光，例如在美国的激光干涉仪引力波观测站（LIGO）的4km臂中，这些先进的干涉仪非常昂贵，而且通常在更短的长度范围内是不实际的。玻璃光纤在传感技术上提供了一种更为实用和便携的替代方案，但会降低偏振纯度，并受到有害的非线性影响。

空心光纤克服了所有这些挑战，提高了光学干涉系统和传感器的潜力，例如在构成惯性导航系统核心的光学陀螺仪内，或为下一代兆瓦激光提供高强度极化辐射的灵活传输和相干组合。

这项最新的南安普敦研究是由欧盟资助的光管项目赞助的，该项目建立在泽普勒研究所著名的光电子研究中心几十年的工作基础上。

该中心及其主任David Payne爵士在光纤技术的发展中发挥了领导作用，该技术应用于需要控制光的偏振状态的应用。这一领域的工作还导致了光纤输出公司Fibercore的成立，该公司已成为生产偏振保持光纤的全球市场领导者。

David Payne教授说：“在光学领域有许多应用需要严格的偏振控制，比如当两束光束干涉感知引力波引起的微小变化时，或者在光纤陀螺仪中进行旋转传感时。理想的光传输方式是在光纤中，但这通常会导致不确定的、游荡的偏振状态和传感器中的漂移。令人惊讶的是，某些类型的空心光纤能够在长距离内保持稳定的偏振，这一观测结果将对下一代光学传感器产生巨大影响。”

“空心光纤会继续让我们感到惊奇，其表现方式好像光纤不存在，就像真空中没有衍射一样。”

链接：https://phys.org/news/2020-05-hollow-core-fiber-prospects-next-generation-scientific.html