近年來，光纖激光以優良的光束質量、緊湊的結構系統以及易于維護的特性成為現今吸引力和發展潛力的激光技術。隨著光纖激光器的不斷發展，高達萬瓦平均功率、數十吉瓦峰值功率的光纖激光逐步實現。進一步提升激光輸出功率因非線性以及模式不穩等問題變得十分困難。采用大模場面積的有源光纖降低纖芯功率密度，同時保持光纖單模傳輸仍是提高光纖激光輸出功率的策略之一。目前，空芯光子晶體光纖類型之一的空芯反諧振光纖因其超低的傳輸損耗，寬傳輸光譜范圍和高的模式純度成為光纖領域的一大研究熱點。
北京工業大學設計了一款用于高功率光纖激光放大的全固態反諧振光纖結構。它利用反諧振反射原理低損耗傳輸信號光，利用諧振耦合效應濾除纖芯中的高階模。在預制棒制作過程中，由于稀土離子摻雜濃度難以精確調控，導致纖芯折射率將出現一定程度的浮動。因此，團隊分析了纖芯增益區折射率變化對于光纖模式特性的影響。仿真結果表明全固態反諧振光纖結構對纖芯折射率變化有著良好的包容性。該結構設計可實現纖芯從 40 - 100 μm，纖芯折射率從1.4499 - 1.45區間內，基模損耗低于 1 dB/m，高階模損耗高于 10 dB/m，且高階模抑制比高于 20 dB 的優良模式特性，其中當光纖纖芯直徑為 100 μm時，光纖模場面積超過 5000 μm2。研究成果發表在 High Power Laser Science and Engineering 2021 年第 2 期。設計的全固態反諧振光纖結構以及折射率分布如圖 1 所示，包括摻雜稀土離子的有源纖芯、由一圈圍繞纖芯的圓環形毛細管組成的高折射率反諧振層以及除上述兩部分之外的背景石英區域。當纖芯中的基模向包層泄漏時，如其波長滿足反諧振反射條件，則將被反諧振層反射回纖芯，實現低損耗導光。團隊通過設計有源纖芯與毛細管的大小與比例，實現纖芯高階模與毛細管包圍的石英部分所傳導的基模的相位匹配，產生諧振耦合效應，從而實現對高階模的濾除。團隊闡明了諧振耦合效應的工作原理與實現諧振耦合效應所需纖芯與毛細管比例的推導公式，通過這一效應能將設計光纖結構的高階模抑制比提升超過 10 dB。
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