近年来，反谐振空芯光纤（AR-HCF）因其宽带、低损的传输特性获得广泛关注。由于绝大部分光被限制在空气芯中，反谐振空芯光纤能够极大克服基体材料本身吸收的影响，显著降低材料损耗。目前使用石英玻璃制备反谐振空芯光纤，在4微米波长实现了0.04 dB/m的传输损耗，而该波长石英材料吸收超过800 dB/m。

　　该项研究中，研究人员从Snyder和Love的经典光波导理论出发，将模态重叠因子的概念推广至空芯光纤领域，严格推导出模态重叠因子的半解析表达式，用于表征空芯光纤的材料吸收对于传输损耗的贡献。研究将半解析表达式计算结果与有限元方法数值计算系统比较，证明了该模型的精确性与有效性。此外，还系统探讨了高材料吸收条件下低损反谐振空芯光纤的优化设计原则，对中红外波段石英基反谐振空芯光纤的传输极限进行了预测。

　　相关研究得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、中科院前沿科学重点研究计划的资助。

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图1 仿真所用AR-HCF模型及三种不同芯径AR-HCF的总损耗随包层材料吸收的变化。灰线为采用新提出的模式重叠公式得到的损耗预测结果。

图2 不同结构参数下石英基六芯AR-HCF的计算损耗。