手性耦合芯光纤：原理及应用

手性耦合芯光纤（chirallycoupled－core fiber，CCC）是指具有一个纤芯以及一个或多个偏离中心轴且围绕纤芯呈螺旋状侧芯构成的光纤，其结构如图3－19所示。纤芯的芯径较大，一般在30μm以上，用于信号光的传输；侧芯的芯径比中间纤芯小得多，主要作用是控制中间纤芯的模式，将高阶模耦合进侧芯并对其产生高损耗，使得中间纤芯中基模可近乎无损耗地传输。这种光纤不依靠任何模式控制技术便可同时实现大模场面积和单模传输。

图3－19　手性耦合芯光纤(www.xing528.com)

（a）一个侧芯；（b）两个侧芯

美国密歇根大学最早开展手性耦合芯光纤的研究。2007年，Liu等［114］首次提出手性耦合芯光纤的理念，模拟了芯径30μm单模光纤和芯径34μm手性耦合芯光纤的传光特性，发现经过20 cm传播，两根光纤中均只存在单模，从理论上证实了手性耦合芯光纤具有单模传输特性。为了验证这一理论结果，Liu等制备出芯径35μm、侧芯芯径12μm的手性耦合芯光纤［115］；并对其进行了光传输性能测试，在1550 nm输出光斑为基模，光束质量因子为1.03，基模损耗为0.095 dB/m。这是世界上首次证明手性耦合芯光纤具有稳定单模传输特性的实验，具有重大意义。随后，该研究组进一步研制出有源手性耦合芯光纤并将其用于激光实验［116］，拉制的纤芯直径为33μm、数值孔径为0.06和侧芯直径为16μm、数值孔径为0.1、侧芯螺旋周期为7.4 mm、两芯边到边距离为4μm；采用FP谐振腔结构，在1066 nm处实现37 W单模激光输出。利用有源手性耦合芯光纤进行脉冲激光放大［117］，实现了平均功率140 W、脉冲宽度为10 ns、峰值功率为114 kW的单模激光输出。随着研究不断深入，手性耦合芯光纤的中间芯径已超过标准30μm多模光纤芯径，达到5080μm，主要用于高功率激光产生和放大［118］。