近日，复旦大学信息科学与工程学院光科系肖力敏课题组发明了一种新的光纤反向拉锥方法，在超大模场光子晶体光纤熔接中取得重要突破，实现目前世界上该类型光子晶体光纤最低熔接损耗。研究成果以“Robust mode matching between structurally dissimilar optical fiber waveguides”为题发表于国际知名期刊《ACS Photonics》（https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acsphotonics.0c01859）。光科系博士生于若玮、王草源为本文的共同第一作者，肖力敏老师为本文的通讯作者。光子学领域国际科技媒体Photonics.com网站对该项研究进行了大篇幅的采访报道。目前该项技术已获得国家发明专利，近期该技术也实现了高科技成果转化。

该工作提出了结构不同的光纤波导之间的模式匹配和高强度熔接机制，在未使用任何中间过渡光纤或光学元件的基础上，实现了超大模场面积光子晶体光纤（ULMA-PCF）和传统单模光纤（SMF）的超低损耗与高强度熔接。为了精确匹配ULMA-PCF和SMF的模场分布和包层尺寸，提出一种新的两步反向拉锥方法，对SMF进行反向拉锥与热扩芯（TEC），可精确控制光纤外径和模场轮廓，可实现正向和反向超低损耗熔接，并且机械强度高于传统的“台阶式”熔接强度。该研究为超大模场特种光纤熔接难题提供了一种有效的新方法，非常有利于其相关器件与设备的开发。光子网站的新闻编辑JAKE SALTZMAN高度评价了该工作：“这种方法可绕过对外部过渡光纤或组件的需要，可实现不同重要的光子模块（光纤）的集成。”

传统通信光纤和超大模场光子晶体光纤的差异很大，如图1所示，两种光纤SMF-28和LMA-25 PCF的横截面。通过两步反向拉锥法（图2），首先将SMF反向拉锥变粗，此过程中纤芯和包层尺寸可按相同的比例增大，而折射率差保持不变，可优化光纤归一化频率（V值），让SMF-28的V值接近LMA-25 PCF。然后通过TEC技术进一步增大SMF模场。在TEC过程中，纤芯中的掺杂离子扩散到包层中，进一步优化光纤折射率分布。通过将这两个过程结合起来，可在包层尺寸和模场分布两个方面实现两种不同结构的光纤之间的最佳匹配。

图1 (a) SMF-28与(b) LMA-25 PCF在同一尺度下的横截面图。

图2 两步反向拉锥法示意图，其中展示了SMF-28、LMA-25 PCF沿光纤轴向方向变化的折射率分布（黑线图）与模场分布（彩轮廓图）。

利用这一新方法，实现了从SMF-28到LMA-25的最小熔接损耗为0.23 dB，平均熔接损耗为0.32 dB；SMF-28/LMA-25/SMF-28总插入损耗为0.48 dB。同时，由于增加了模场直径，还可以提高光纤耦合时的错位容差。此外，由于两种光纤在熔接点处直径完全匹配，可提高了熔接强度。经测试，熔接点在断裂前能承受的最大张力为503 g，平均断裂张力为447 g，比直接熔接形成的“台阶型”熔接点强度高出一个数量级。

该项目得到了国家自然科学基金面上项目和上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室开发课题的资助。

文章信息：

该研究以“Robust mode matching between structurally dissimilar optical fiber waveguides”为题发表在ACS Photonics,https://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acsphotonics.0c01859。

文章国际报道链接：https://www.photonics.com/Articles/Reverse-Tapering_Approach_Links_Structurally/a66884