图4b绘制了|Bg|(黑色圆圈)和Bp(红色星形)的测量值以及相应的模拟结果(灰色曲线和粉色曲线) 。 在1507 ~ 1640 nm的透射窗口内 ， 获得了最高的相位双折射 ， 平均为9.1 × 10?5 。 有趣的是 ， 测量结果也显示组双折射在1580 nm处为零点 。 在1130 ~ 1326 nm的透射窗口中 ， 群双折射在1190 nm处有一个零点 ， 相位双折射≈1.5 × 10?5 。 实验和计算之间的良好一致性验证了图1所示的ARF设计 。
2.4对环境扰动的抵抗力
接下来 ， 我们研究了所提出的STF在外部扰动作用下的偏振保持能力 。 11.5米长的STF具有不同的弯曲直径(Db) 。 两个偏振的透射光谱和PER光谱使用两个高精度可旋转偏振器进行测量 。 当Db从58到10cm变化时 ， 透射窗没有明显的变化或PER降解 。 如图5ab所示 ， 对于两个极化 ， 我们的STF在所有弯曲条件下的传输带宽和PER均保持≈165 nm和≈30 dB 。
图 5 a、 b）在两种极化的不同弯曲直径（Db）下 ， 11.5 m高双折射STF的光谱传输和PER特性 。 c、 d）与（a）和（b）中测量的特性相同 ， 固定弯曲直径为43 cm ， 具有不同的纤维缠绕方位（θ） 。
为了进一步检查STF ， 我们将Db固定在43cm处 ， 并以不同的倾斜角度（θ=0°、30°、60°和80°）将光纤反复缠绕在平板上 。 在光纤的每次反冲之后 ， 我们测量了透射光谱和PER光谱 ， 假设STF在不同的方位方向上弯曲 。 如图5c、d所示 ， 传输窗口和PER变化很小 ， 证实了在非双折射ARF中观察到的主轴扭曲在我们的STF中没有发生 。 我们将这种优异的抗扭性归因于近10?4相位双折射水平 。 相比之下 ， 对于常规的单环管状ARF ， 在静态条件下 ， 只能在窄波长区域内获得高PER 。
在图5中 ， 每个光谱中也观察到一个干涉条纹 。 这些条纹总是出现在1580 nm左右的波长范围内 ， 其中Bg≈ 0（见图4） 。 为了解释这种行为 ， 图6a说明了这样一种假设 ， 即我们的测量装置将带宽为2 nm（即我们的OSA的光谱分辨率）的可调谐激光脉冲发送到光纤中 。 变换限制脉冲持续时间估计为3.7 ps（Δτ） 。 如图6a所示 ， 由于模式场失配和光学器件的错位 ， 光将在一系列接口处耦合到另一偏振 ， 例如 ， 在FUT的两个面和偏振器P2的输入面处 。 其中 ， c是真空中的光速 ， L=11.5 m ， 这些交叉耦合光组件（图6a中的I1和I3）将在时间上重叠并产生干涉条纹 。 根据图4所示的结果 ， 这些干涉条纹将围绕零Bg波长扩展 ， 跨度>35 nm 。 此外 ， 当光沿着光纤传播时 ， 它还从粗糙的空气-玻璃界面和光纤结构的纵向不均匀区域随机产生交叉极化分量（例如 ， 图6a中的I2） 。 这些交叉偏振光组件已失去相干性 ， 因此不会显示任何干涉特性 。
图6 a）当FUT放置在烤箱中时 ， 按照测量设置 。 沿光纤产生不同的交叉极化成分（I1、I2、I3） 。 b、 c）当烘箱温度从22°c变化到90°c ， x偏振光或y偏振光射入光纤时 ， 根据光谱连续测量 。 灰色阴影表示连续获取的一系列光谱曲线的叠加 。
我们将纤维(Db = 20 cm)插入烤箱 ， 再次测量PER 。 在22 ~ 90°C的温度变化范围内 ， 我们连续获得了PER光谱 。 这种温度变化可以改变轻分量I1和I3的相位差 ， 但对非相干分量I2没有影响 。 因此 ， 我们只在≈40 nm范围内观察到零bg波长附近的干涉条纹(图6) 。 图6bc中不同的可见度可以归因于在≈1580 nm处的偏振相关损耗(图4) 。 此外 ， 根据图6a所示的图像 ， 我们可以估计随机交叉偏振分量I2的强度和h参数来假设图5中最高的PER值 ， 对应的是I1和I3的完全相消干涉 。
2.5模态纯度
我们的STF (11.5 m长 ， Db = 55 cm)的空间模式纯度通过S2成像测量当线偏振光束发射到光纤的快(y)轴上 ， 输出偏振器相对于双折射轴对齐45°(图7a)时 ， 记录在光束剖面上的干涉图只能分辨多径干涉(MPI)值为?40 dB的弱x偏振基模 。 图7b显示了傅里叶变换后获得的振幅曲线 。 即使使用10μm的偏移量发射 ， 所有高阶模式（HOM）都是不可识别的 。 我们模拟了STF的六个最低阶模式的限制损耗 ， 结果如图7c所示 。 显著的HOM损耗（>10 dB m?1） 在整个波长区域（1500–1700 nm）内 ， 可归因于HOMs和包层空气模式之间的相位匹配性能（参见图7c中的插图） 。
图7 a） S2成像设置的安排 。 b）通过在每个像素处积分光谱获得的光学拍频光谱和模式轮廓的傅立叶变换 。 虚线表示不同模式的计算组延迟 。 c）模拟了1550 nm处前六个最低阶模式的限制损耗及其场分布 。
3讨论和结论
为了追求低损耗高双折射ARF ， 首选四种结构特征：1）核心周围的双厚度玻璃墙（其中t1≠ t2）；2）较小的纤芯直径与波长比（Dcore/λ<15）；3）四重旋转对称性（C4v）；4）所有玻璃层和空气层必须满足反共振反射条件 。 前三个特性是高双折射所必需的 ， 后一个特性是低损耗所必需的 。 如图8所示 ， 由于我们的STF中使用了半圆管 ， 空气层厚度（s’）与管径（D）的比值可以达到比全管ARF低的值 ， 并且相对容易加压 。 在如此低的比率下 ， 包层中的管数可以减少到四个（从而实现C4v旋转对称） ， 而不影响反谐振要求 。 通过引入新参数s/D（s’/D）并打破全圆管的限制 ， 我们实际上打开了一个范例 ， 以实现特定光学特性和ARF制造复杂性之间的平衡 。
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