隨著虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算等技術(shù)的迅猛發(fā)展，傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)單模光纖傳輸系統(tǒng)正逐步接近其容量極限。模分復(fù)用技術(shù)通過將線偏振或軌道角動(dòng)量模式作為獨(dú)立傳輸信道，成為突破容量瓶頸的關(guān)鍵途徑。在此背景下，高性能的模式復(fù)用/解復(fù)用器成為該技術(shù)實(shí)用化的核心支撐，而光子燈籠憑借低損耗、工作波長(zhǎng)范圍寬等優(yōu)勢(shì)，已成為該領(lǐng)域的研究焦點(diǎn)。

    傳統(tǒng)光子燈籠的發(fā)展面臨重大挑戰(zhàn)：為滿足絕熱標(biāo)準(zhǔn)，其錐形過渡長(zhǎng)度與模式數(shù)的平方成正比，當(dāng)模式數(shù)增加時(shí)，長(zhǎng)度會(huì)變得過長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了設(shè)備的小型化及實(shí)用化進(jìn)程。針對(duì)這一問題，廣東工業(yè)大學(xué)秦玉文教授團(tuán)隊(duì)取得了突破性進(jìn)展——提出并實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了基于階躍折射率雙包層光纖的低損耗緊湊型光子燈籠，相關(guān)成果發(fā)表于《OpticsLetters》。

    該研究的創(chuàng)新點(diǎn)在于巧妙借助階躍折射率雙包層光纖（SI-DCF）的結(jié)構(gòu)特性，顯著降低了光纖錐形加工過程中的模場(chǎng)直徑膨脹比。研究人員通過對(duì)比改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)單模光纖、漸變折射率光纖與階躍折射率雙包層光纖三種結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)SI-DCF可將模場(chǎng)直徑膨脹比從77.73%降至38.81%。這一關(guān)鍵突破直接促使3模和6模光子燈籠的錐形過渡長(zhǎng)度減少一半以上。

    實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)充分驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)的優(yōu)越性。團(tuán)隊(duì)制作的3模光子燈籠采用1.5厘米的錐形長(zhǎng)度，插入損耗即小于0.2dB；與商用少模光纖拼接后，在C波段的平均插入損耗低至0.6dB，LP11模純度超過13dB。更重要的是，傳輸矩陣測(cè)量顯示，該光子燈籠在1550nm處的模式耦合小于-10dB，有效抑制了模式間干擾，大幅提升了傳輸穩(wěn)定性。

    從技術(shù)原理來看，階躍折射率雙包層光纖的獨(dú)特結(jié)構(gòu)在錐形過渡過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。其內(nèi)層包層可有效抑制模場(chǎng)擴(kuò)展，降低對(duì)絕熱標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)苛要求，使更短的錐形長(zhǎng)度下即可實(shí)現(xiàn)模式的穩(wěn)定傳輸。相比之下，傳統(tǒng)漸變折射率光纖雖可縮短長(zhǎng)度，但其雙層結(jié)構(gòu)制造難度較大；而減小包層/纖芯比的方案需額外的光纖加工工藝，增加了生產(chǎn)成本。

    此項(xiàng)研究的意義不僅體現(xiàn)于技術(shù)指標(biāo)的提升，更在于為高模數(shù)光子燈籠的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。隨著模分復(fù)用技術(shù)向更高模式數(shù)發(fā)展，設(shè)備的小型化、低損耗及易制造性成為核心需求。階躍折射率雙包層光纖基光子燈籠在保持高性能的同時(shí)，顯著降低了體積與損耗，為大容量光通信系統(tǒng)的集成應(yīng)用提供了全新方案。

    未來，隨著該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化，有望實(shí)現(xiàn)更高模式數(shù)光子燈籠的制造，推動(dòng)模分復(fù)用系統(tǒng)在超高速通信、大規(guī)模數(shù)據(jù)中心互聯(lián)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，為突破現(xiàn)有光纖傳輸容量極限提供關(guān)鍵支撐。