具有双厚度四倍半管结构的高双折射反共振空心光纤( 二 ) _光纤

2结果
2.1 ARF设计
图1a显示了具有四重旋转对称性和正交方向上两个玻璃膜厚度（t1和t2）的ARF结构（设计A）。该光纤具有负曲率纤芯环绕及其包层中的四个半管，这两个半管都可以实现强光限制。如前所述，如果核心周围的旋转对称性从六倍变为四倍，则双折射将增加至少50% 。为了研究设计A的极化特性，使用了基于商业有限元法（FEM）的模式求解器（COMSOL Multiphysics），具有精细网格和完全匹配的吸收边界层，以模拟两种极化的模式指数（图1c）。通过验证模拟结果的收敛性，优化了我们研究中使用的网格大小和完全匹配层，以确保计算精度。

图1 a)四重旋转对称双壁半管ARF(设计A) ，b)包含8个内管的改进结构(设计B) ， c)设计A的两个极化的有限元模拟模态指数;显示了共振带附近波长的模态分布。 x偏振(黑星):1445/1460/1480/1794/1798/1810 nm;y偏振(蓝圈):1455/1465/1480/1794/1798/1802 nm 。 d)模拟相位双折射(Bp) ， e)设计A和设计B的约束损耗。
在图1c中，共振带附近出现强反交叉，这些反交叉对两种极化有不同的后果。由于玻璃板中不同阶次的横向电（TE）和横向磁（TM）模式的共振波长不同，并且由于它们与芯（漏）模式的相互作用强度也不同，在反共振透射窗口内， x极化芯模式的有效折射率可能与y极化模式的有效折射率非常不同。如图1d（黑色曲线）所示，设计A的相位双折射超过1×10?4在1500-1700 nm波长范围内。
图1c还显示了模式场剖面的演变。当波长进入共振带I时， x（y）极化芯模最终演变为较厚玻璃膜（t2）的准TE32（TE31）模。然而，当波长接近共振带II时， x（y）极化芯模演变为较薄玻璃膜（t1）的准TE25（TM23）模。需要注意的是，在反共振窗口的两侧， x极化的模场直径总是大于y极化的模场直径；这与模式场大小和模式指数之间的关系一致。
为了强调采用半圆管而不是全圆管的重要性，本文设计的ARF（图2a）与之前的嵌套反共振无节点光纤（NANF）设计进行了比较。图2b ， c显示了设计B和三个双层准四重纳米光纤的限制损耗的模拟结果。使用相同的芯直径（Dcore=20μm）和相同的玻璃膜厚度（t1=0.93μm ， t2=1.41μm ， t3=0.37μm）确保相同的相位双折射水平。

图2 a）半管状ARF（设计B）和管状ARF（外层和内层之间具有不同间距z1=6.5μm、z2=13μm和z3=20μm的双层纳米纤维）的结构。 b、 c）所有ARF结构的两个极化的模拟限制损耗。
2.2光纤制造和传输损耗
图3a显示了使用改进的堆叠和绘制方法获得的制备STF(设计B)的扫描电子显微镜(SEM)图像。测得锥心直径(Dcore)值为21.5μm(长轴)/19.5μm(短轴) ，玻璃膜厚度(t1、t2、t3)分别为0.98、1.4、0.5μm 。

图3 a）高双折射STF的SEM图像。 b、 c）两种偏振通过长（85米，灰色）和短（5米，黑色）光纤的光谱传输。还比较了缩减测量的损耗谱（红色曲线）和模拟的限制损耗（黑色虚线曲线）。
为了测量两种偏振的损耗，在光纤前端添加了一个高精度旋转支架上的方解石偏振器（消光比超过50 dB）和一个自由空间透镜耦合装置。此外，放置在光纤输出端的第二个旋转偏振器用于测量最大/最小值，以对齐所制造光纤的双折射轴。当偏振器与x/y轴对齐并且光纤长度从85米缩短到5米时，然后使用光谱分析仪（OSA）获取透射光谱（如图3b ， c所示）。在损耗谱中，还观察到另一个1130-1326 nm的透射窗口， x和y偏振在1245和1274 nm处的最小损耗分别为50和97 dB km?1 。
使用从SEM图像中提取的结构参数，我们的FEM模拟得出这两个波长区域的约束损耗谱，与实验结果非常吻合（图3b ， c）。注意，图3中实现的损耗水平比设计水平高一个数量级。这种差异主要是由于内管膨胀不足（见图3a），这导致相邻内管之间存在较大间隙，也会加剧漏光。损耗高的第二个原因可能是玻璃厚度t3不理想和内管相对较小，两者都稍微偏离了实际的抗共振要求。在更精确地控制纤维拉拔过程中的气体加压的基础上进一步优化制造工艺，应为缩小实验和设计之间的差距提供机会。
2.3群和相位双折射
为了测量拟议光纤的群（Bg）和相位（Bp）双折射，使用基于单模光纤（SMF）的超连续谱源（YSL Photonics ， China ， SC）、两个方解石偏振器（P1/P2）和OSA（图4a）构建了偏振模式干涉仪。

图4 a）偏振模式干涉仪示意图。 b）测量组（黑点）和相位双折射（红星），以及相应的模拟结果。

具有双厚度四倍半管结构的高双折射反共振空心光纤( 二 )

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