近日，光子学领域国际科技媒体《Laser Focus World》对复旦大学信息科学与工程学院光科系肖力敏课题组在光纤微透镜领域的创新工作进行了亮点报道。 肖力敏课题组提出和成功制备了一种宽带宽、长工作距离的光子晶体光纤全光纤微透镜，该光纤透镜在光纤内窥镜、光纤传感和激光加工等领域有很大的应用前景。研究成果以“Ultrathin Lensed Photonic Crystal Fibers with Wide Bandwidth and Long Working Distances”为题发表于国际知名期刊《Journal of Lightwave Technology》（https://www.osapublishing.org/jlt/abstract.cfm?uri=jlt-39-8-2482）。光科系硕士生陈雨星为本文的第一作者，肖力敏老师为本文的通讯作者。。
该工作以大模场的光子晶体光纤（LMA-10）作为初始光纤，通过将光纤末端的空气孔塌陷，并在端面形成透镜弧形结构，从而实现光纤透镜的功能。如图1所示，从LMA-10一端输入的光束在光纤空气孔塌陷区域发生扩束，再在末端弧形透镜的作用下聚焦。光子晶体光纤因其特有的微结构可简化光纤透镜的制备过程，并且制备得到的光纤微透镜在很大的频率范围内可以实现单模传输，可以灵活的调节色散等特殊光学特性。为了提高光纤透镜的工作特性，课题组通过分步加热的方式优化了光纤透镜的结构参数，如图2所示，通过控制加热的时间、功率以及光纤位置，可以精确地调节微结构光纤空气孔塌陷的范围以及末端弧形透镜的曲率半径。
图1 光纤微透镜的结构示意图。
图2 光纤空气孔塌陷长度和末端曲率半径随加热参数的变化。(a)加热时间保持在2.5 s，加热功率在65 W ~ 80 W之间。(b)加热功率保持在85 W，加热时间在1 s ~ 4 s之间。
.png)
图3 在工作距离（3.76 mm）对准两根优化的光纤透镜在500 nm～1700 nm波长范围内的插入损耗
《Laser Focus World》的资深技术编辑John Wallace对该工作进行了积极评价：“复旦大学的研究人员基于大量的计算建模，提出了一种具有长工作距离的超细光子晶体光纤透镜的制备方法，并使用U形石墨熔炉加热元件对该方法实现了验证。对于直径为125μm的光子晶体光纤，该制造方法产生的光纤微透镜具有616μm的最佳塌缩长度和170μm的光纤尖端曲率。工作距离为4.84毫米，是以前制造光子晶体光纤透镜方法的4倍。PCF具有较大的带宽，通过两个光纤端面自由空间传输损耗测量，该光纤透镜具有770 nm（930-1770 nm，或从O波段到U波段的整个通信波长范围）的大带宽。”
（Based on extensive computer modeling, researchers at Fudan University (Shanghai, China) have come up with an approach for making ultrathin lensed PCFs with long working distance, and have validated their approach using a furnace consisting of a U-shaped heated graphite element through which the fiber end is passed. For a PCF with a 125 μm diameter, the fabrication approach resulted in a fiber with an optimized collapsed length of 616 μm and a fiber-tip curvature of 170 μm; the result was a working distance of 4.84 mm, which is 4X as long as for previous methods of fabricating lensed PCFs. PCFs have large bandwidths; as a result, the experimental fiber had a large bandwidth of 770 nm (930–1770 nm, or the entire telecom wavelength range from O-band to U-band), measured by free-space-coupling two of the fiber ends and measuring the transmission loss.）
该项目得到了国家自然科学基金面上项目的资助。
文章信息：
该研究以“Ultrathin Lensed Photonic Crystal Fibers with Wide Bandwidth and Long Working Distances”为题发表在Journal of Lightwave Technology, https://www.osapublishing.org/jlt/abstract.cfm?uri=jlt-39-8-2482
