Baru-baru ini, Russell Advanced Lightwave Research Center di Hangzhou Optical Precision Machinery Institute (HPMI), bersama dengan Wuhan University of Technology (WUT) dan Ningbo Aifab Optoelectronics Technology Co., Ltd. telah membuat terobosan dalam serat optik mikrostruktur antiresonansi inti berongga dengan kemurnian mode tunggal yang sangat tinggi. Tim tersebut merancang dan membuat serat mikrostruktur antiresonansi inti berongga dengan distribusi kapiler bernada tidak sama dan struktur pelapis ganda, dan menunjukkan bahwa penekanan mode orde tinggi serat tersebut di dekat 1585 nm sekitar satu hingga dua orde besaran lebih tinggi daripada serat inti berongga yang dilaporkan.
Serat mikrostruktur antiresonansi inti berongga merupakan jenis baru pemandu gelombang serat mikrostruktur yang dipandu oleh lubang udara indeks bias rendah, yang memiliki keunggulan pemandu cahaya spektrum luas, dispersi rendah, nonlinier rendah, area medan mode besar, dan ambang kerusakan laser tinggi, dan telah menarik perhatian para peneliti karena menyediakan platform transmisi yang sangat baik untuk penelitian di bidang transmisi laser, komunikasi serat optik, penginderaan serat optik, dan optik nonlinier. Di satu sisi, karakteristik mode tunggal yang baik penting untuk serat inti berongga dalam aplikasi praktis seperti penginderaan serat berkinerja tinggi, komunikasi serat optik, dan pemrosesan cerdas transmisi energi laser. Namun, karena keterbatasan prinsip pemandu cahayanya, sulit untuk mencapai penekanan mode orde tinggi yang efektif pada serat inti berongga yang serupa dengan yang ada pada serat inti padat. Pengoptimalan karakteristik mode tunggal serat optik sering kali dicapai melalui desain ukuran struktur serat untuk mencapai mode orde lebih tinggi di inti dan mode pelapis untuk mencapai kondisi pencocokan fase, meningkatkan kehilangan mode orde lebih tinggi dan menyaring mode inti tertentu. Namun, jenis solusi ini tidak secara efektif menyaring mode orde lebih tinggi lainnya di inti, dan mode orde lebih tinggi yang tersisa mungkin masih menyebabkan masalah seperti fluktuasi daya keluaran karena interferensi intermodal atau crosstalk sinyal yang ditransmisikan, terutama dalam kasus aplikasi yang menggunakan serat optik yang lebih pendek.
Untuk mengatasi masalah ini, tim Russell menjajaki pendekatan berbeda untuk penyaringan mode orde tinggi, pertama, dengan memperkenalkan jarak lubang yang lebih besar antara kapiler pelapis serat kristal fotonik antiresonansi inti kosong dengan jarak lubang seragam untuk meningkatkan kebocoran mode orde tinggi, dan kedua, dengan memperkenalkan lapisan udara yang sesuai di luar casing pada bagian luar pelapis pertama untuk membangun lapisan pelapis antiresonansi kedua dari serat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1a di bawah ini. Karena perbedaan panjang gelombang transversal efektif dari berbagai mode, struktur ini secara signifikan meningkatkan kehilangan mode orde tinggi pada panjang gelombang tertentu dan menjaga kehilangan mode fundamental relatif rendah. Tim secara eksperimental berhasil menyiapkan serat antiresonansi inti berongga pelapis ganda (Gbr. 1b), yang membentuk puncak resonansi padat dalam interval panjang gelombang panjang di atas ~1 μm, menyediakan jendela bertingkat untuk transmisi laser dengan kemurnian mode tunggal yang sangat tinggi, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1c. Lebih jauh, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2, secara eksperimen diverifikasi bahwa rasio penolakan mode orde tinggi inti LP11 dari serat kristal fotonik antiresonansi inti berongga berlapis ganda ini di dekat 1585 nm setinggi 60 dB/km, yang sekitar satu hingga dua orde besaran lebih tinggi daripada serat yang dilaporkan dengan kemurnian mode tunggal yang dioptimalkan. Selain itu, studi ini memverifikasi penyetelan fleksibel interval transmisi kemurnian mode tunggal yang tinggi dari serat antiresonansi inti berongga ini dengan variasi tekanan gas pengisian, yang secara efektif memperluas interval panjang gelombang yang tersedia untuk mode tunggal dengan kemurnian tinggi. Validasi kemurnian mode tunggal yang sangat tinggi dalam serat mikrostruktur inti berongga dengan struktur pelapis ganda memberikan ide baru untuk aplikasi yang memerlukan kemurnian mode serat yang tinggi, seperti transmisi energi laser serat, komunikasi serat optik, atau penginderaan serat optik.
Hasil penelitian terkait diterbitkan dalam jurnal "Ultrahigh Transverse Mode Purity by Enhanced Modal Filtering in Double-Clad Single-Ring Hollow-Core Photonic Crystal Fiber". Hasil penelitian diterbitkan dalam Laser & Photonics Reviews, jurnal terkemuka tentang laser dan fotonik. Dr. Zhuozhao Luo, mahasiswa PhD gabungan dari Wuhan University of Technology dan Shanghai Institute of Optical Machinery (SIOM), adalah penulis pertama, dan Associate Researcher Jiapeng Huang, Researcher Xin Jiang dan Researcher Mian Pang dari Russell Center adalah co-corresponding authors, bersama dengan Dr. Ruochen Yin, mahasiswa PhD dari SIOM, dan Dr. Yu Zheng dari Ningbo Aifibo Optoelectronics Technology Co. Pekerjaan penelitian ini diawasi oleh Prof. Philip Russell, akademisi asing dari Chinese Academy of Sciences, dan didukung oleh Shanghai Science and Technology Innovation Action Plan (21ZR1482700), National Natural Science Foundation of China (62275254), Zhangjiang Laboratory Construction and Operation Program (20DZ2210300), National High-level Talent Youth Program, dan Fuyang High-level Talent Program. High-level Talent Program, dan dukungan lainnya.
Gambar 1 (a) Desain teoritis, (b) mikroskop elektron pemindaian, dan (c) pola uji spektrum transmisi serat kristal fotonik anti-resonansi inti berongga berlapis ganda
Gambar 2 (a) Pemetaan medan dekat mode LP01 dan LP11 yang diperoleh dari eksitasi selektif mode, (b) Hasil kehilangan mode LP01 dan LP11, (c) Kurva FOM rasio penekanan mode orde lebih tinggi, (d) Panjang gelombang pusat dari nilai FOM11 maksimum (sumbu kiri) dan interval nilai FOM11 tinggi (sumbu kanan) untuk serat kristal fotonik antiresonansi inti berongga berselubung ganda dengan pengisian nitrogen dari 1-25 bar, (e) Panjang gelombang pusat pada kurva FOM yang diukur pada nilai tekanan gas 1 bar, 10 bar dan 20 bar
