陜西師范大學：用于超高速光子學的高性能γ-氧化錳雙核、對孔光纖

近日，陜西師范大學李曉輝教授的研究團隊通過將γ-MnO2與特種光纖--雙芯對孔光纖相結(jié)合，制作了一段γ-MnO2雙芯對孔光纖，測量其非線性吸收曲線，并將其作為可飽和吸收器，制作了全光纖鎖模激光器，實現(xiàn)了約1ps的脈沖寬度和約600MHz的重復頻率。

實驗表明，這種制作方案具有良好的穩(wěn)定性，適合于其他新型材料與特種光纖的結(jié)合，大大拓展了特種光纖在超高速光學和傳感方面的應用。

由于特種纖維具有一些優(yōu)良的性能，利用這些性能可以擴大特種纖維的應用范圍。李曉東課題組在新型材料的非線性光學特性方面已經(jīng)積累了一些技術(shù)經(jīng)驗，但如何保持非線性特性的穩(wěn)定和可重復性仍是有價值的研究。在光纖孔中填充適當濃度的γ-二氧化錳，控制填充物的長度，并將兩端與單模光纖熔接，從而完成一個密封的光調(diào)制裝置。

這一方案的成功實施取決于兩點：一方面是對特殊光纖和新型材料的選擇，另一方面是對填充過程的控制。

之所以選擇雙芯對孔光纖，是因為它的結(jié)構(gòu)具有光子晶體光纖的相關(guān)特性，可以承受更高功率的激光傳輸；孔的直徑較大，與中心芯的距離較近，有利于與材料的結(jié)合，有利于光與材料的突然互動；側(cè)芯的位置遠離孔和中心芯，對光傳輸?shù)挠绊戄^小。

而且中心芯直徑與普通單模光纖差別不大，可以降低熔接難度，減少熔接損耗。

選擇γ-MnO2作為填充材料，主要是因為其帶隙小，本征吸收帶范圍廣，而且其海膽狀結(jié)構(gòu)具有較好的光相互作用，飽和吸收特性更優(yōu)異。此外，其價格相對較低，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

在填充過程中，以無水乙醇為溶劑，將適量的新型材料溶解于其中，制備成均勻的分散體，然后利用毛細現(xiàn)象進行填充。值得注意的是，分散體的濃度直接關(guān)系到填充的效果。

實驗得到的結(jié)果與預期基本一致，但仍有一些細節(jié)需要改進，如填充過程中溫度對填充效果的影響，孔徑大小對填充效果的影響等。隨著這些問題的解決，最終，這個方案將有一個嚴格的標準，這使得它具有良好的可重復性，可以應用于更多的場景。

該研究發(fā)表在《超快科學》雜志上。

參考信息：Xiaohui Li et al, High-performance γ-MnO2 Dual-Core, Pair-Hole Fiber for Ultrafast Photonics, Ultrafast Science (2023). DOI: 10.34133/ultrafastscience.0006