圖1 微氣泡缺陷導(dǎo)致?lián)p耗的數(shù)值模擬。(a)變形纖芯的重建模型;(b)不同變形程度的纖芯的功率變化;(c)變形光纖的電場(chǎng)模。

近期，中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心于飛研究員團(tuán)隊(duì)，開展了高數(shù)值孔徑多芯成像光纖中微氣泡缺陷的研究，相關(guān)成果以“Study of microbubble defects in high-NA silicate-glass multi-core imaging fibers fabricated by the stack-and-draw method”為題，發(fā)表于Optics Express。

使用硅酸鹽玻璃可以提高光纖數(shù)值孔徑，達(dá)到減小纖芯尺寸、降低芯間串?dāng)_的目的，是實(shí)現(xiàn)光纖高分辨率的有效手段。然而硅酸鹽玻璃體系的多芯成像光纖存在許多成像缺陷，困擾光纖以及內(nèi)窺成像的進(jìn)一步發(fā)展。

研究團(tuán)隊(duì)從理論和實(shí)驗(yàn)角度探究了光纖中的微氣泡和成像缺陷的關(guān)系。通過破壞性和非破壞性的測(cè)試發(fā)現(xiàn)了殘留在光纖中的微氣泡與輸出端暗點(diǎn)的關(guān)聯(lián)性。通過建立有限元模型，得到變形纖芯產(chǎn)生極高損耗(>500dB/m)的結(jié)論，揭示了微氣泡擠壓纖芯產(chǎn)生局部高損耗是形成缺陷的主要原因。通過更換熱性質(zhì)更匹配的纖芯和包層玻璃，促進(jìn)光纖拉制時(shí)氣體的有序排出，極大地減少微氣泡缺陷的形成，有效改善成像質(zhì)量。得到了高數(shù)值孔徑的少暗點(diǎn)多芯成像光纖。該工作為高數(shù)值孔徑成像光纖的制備提供了有價(jià)值的參考。有望應(yīng)用在超細(xì)光纖內(nèi)窺鏡中。

圖2 優(yōu)化前光纖的(a)顯微鏡圖像，(b)一米長(zhǎng)透射圖案和(c)一米長(zhǎng)傳輸?shù)膱D像;優(yōu)化后光纖的(d)顯微鏡圖像，(e)一米長(zhǎng)透射圖案和(f)一米長(zhǎng)傳輸?shù)膱D像

相關(guān)工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、上海市青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃、科技創(chuàng)新2030、山東省重點(diǎn)科技研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院等基金項(xiàng)目支持。

審核編輯 黃宇