tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2019-5-1-6-14tuzsut-54Research ArticleСтатьиПОЛЫЕ АНТИРЕЗОНАНСНЫЕ СВЕТОВОДЫ С БОЛЬШОЙ ЭФФЕКТИВНОЙ ПЛОЩАДЬЮ МОДОВОГО ПОЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ В БЛИЖНЕЙ И СРЕДНЕЙ ИК-ОБЛАСТЯХ СПЕКТРАHollow-Core Antiresonant Fibers with a Large Effective Mode Area for Operation in the Nearand Mid-IR Spectral RegionsАнаньевВ. А.AnanyevV. ..noemail@neicon.ruДемидовВ. В.DemidovV. ..demidov@goi.ruЛеоновС. О.LeonovS. ..noemail@neicon.ruНиконоровН. В.NikonorovN. ..noemail@neicon.ruНаучно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. Вавилова; Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиРоссияResearch and Production Association S.I. Vavilov State Optical Institute; Saint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and OpticsRussian FederationНаучно-производственное объединение Государственный оптический институт им. С.И. ВавиловаРоссияResearch and Production Association S.I. Vavilov State Optical InstituteRussian FederationМосковский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаРоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian FederationСанкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптикиРоссияSaint Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and OpticsRussian Federation20190704202151614Copyright © Ананьев В.А., Демидов В.В., Леонов С.О., Никоноров Н.В., 20212021Ананьев В.А., Демидов В.В., Леонов С.О., Никоноров Н.В.Ananyev V..., Demidov V..., Leonov S..., Nikonorov N...This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/54

Приведены данные о разработке и исследовании полых микроструктурированных световодов из кварцевого стекла, принцип работы которых основан на явлении антирезонансного отражения света. Для оптического элемента с сердцевиной диаметром 46 мкм, образованной шестью несоприкасающимися капиллярами диаметром 20 мкм с толщиной стенки 2,8 мкм, установлено существование, по меньшей мере, четырех областей пропускания сигнала в диапазоне длин волн от 1 до 4 мкм. С привлечением результатов численного моделирования и экспериментальных данных показано, что полученный световод характеризуется практически одномодовым режимом, обусловленным высоким уровнем затухания излучения группы высших пространственных мод, с эффективной площадью поля фундаментальной моды около 1000 мкм2

The data on the development and study of silica hollow-core microstructured fibers, the principle of operation of which is based on the phenomenon of antiresonant reflection of light, are given. For an optical element with a core of 46 μm in diameter, formed by six non-touching capillaries with a diameter of 20 µm and wall thickness of 2,8 μm, the existence of at least four regions of signal transmission in the wavelength range from 1 to 4 μm has been found. Using the results of numerical simulation and experimental data, it was shown that the obtained fiber is characterized by a practically single-mode mode operation with an effective mode field area of about 1000 μm2, due to the large attenuation level of the group of higher-order modes.

микроструктурированный световодполая сердцевинаявление антирезонансафундаментальная модаэффективная площадь модового полязатухание излученияmicrostructured fiberhollow-coreantiresonant reflectionfundamental modeeffective mode field areaattenuaionReferencesDvoyrin V.V., Mashinsky V.M., Bulatov L.I., Bufetov I.A., Shubin A.V., Melkumov M.A., et al. Bismuth-doped-glass optical fibers - a new active medium for lasers and amplifiers // Optics Letters. 2006. Vol. 31. Iss. 20. PP. 2966-2968. DOI:10.1364/ OL.31.002966Dvoyrin V.V., Mashinsky V.M., Bulatov L.I., Bufetov I.A., Shubin A.V., Melkumov M.A., et al. Bismuth-doped-glass optical fibers - a new active medium for lasers and amplifiers // Optics Letters. 2006. Vol. 31. Iss. 20. PP. 2966-2968. DOI:10.1364/ OL.31.002966Dianov E.M. Bismuth-doped optical fibers: a challenging active medium for near-IR lasers and optical amplifiers // Light: Science & Applications. 2012. Vol. 1. DOI:10.1038/lsa.2012.12Dianov E.M. Bismuth-doped optical fibers: a challenging active medium for near-IR lasers and optical amplifiers // Light: Science & Applications. 2012. Vol. 1. DOI:10.1038/lsa.2012.12Bufetov I.A., Melkumov M.A., Firstov S.V., Riumkin K.E., Shubin A.V., Khopin V.F., et al. Bi-Doped Optical Fibers and Fiber Lasers // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. Vol. 20. Iss. 5. DOI:10.1109/JSTQE.2014.2312926Bufetov I.A., Melkumov M.A., Firstov S.V., Riumkin K.E., Shubin A.V., Khopin V.F., et al. Bi-Doped Optical Fibers and Fiber Lasers // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2014. Vol. 20. Iss. 5. DOI:10.1109/JSTQE.2014.2312926Dianov E.M., Semjonov S.L., Bufetov I.A. New generation of optical fibres // Quantum Electronics. 2016. Vol. 46. Iss. 1. PP. 1-10.Dianov E.M., Semjonov S.L., Bufetov I.A. New generation of optical fibres // Quantum Electronics. 2016. Vol. 46. Iss. 1. PP. 1-10.Firstov S.V., Alyshev S.V., Riumkin K.E., Khegai A.M., Kharakhordin A.V., Melkumov M.A., et al. Laser-Active Fibers Doped With Bismuth for a Wavelength Region of 1.6-1.8 µm // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2018. Vol. 24. Iss. 5. DOI:10.1109/JSTQE.2018.2801461Firstov S.V., Alyshev S.V., Riumkin K.E., Khegai A.M., Kharakhordin A.V., Melkumov M.A., et al. Laser-Active Fibers Doped With Bismuth for a Wavelength Region of 1.6-1.8 µm // IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 2018. Vol. 24. Iss. 5. DOI:10.1109/JSTQE.2018.2801461Girard S., Kuhnhenn J., Gusarov A., Brichard B., van Uffelen M., Ouerdane Y., et al. Radiation Effects on Silica-Based Optical Fibers: Recent Advances and Future Challenges // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2013. Vol. 60. Iss. 3. PP. 2015-2036. DOI:10.1109/TNS.2012.2235464Girard S., Kuhnhenn J., Gusarov A., Brichard B., van Uffelen M., Ouerdane Y., et al. Radiation Effects on Silica-Based Optical Fibers: Recent Advances and Future Challenges // IEEE Transactions on Nuclear Science. 2013. Vol. 60. Iss. 3. PP. 2015-2036. DOI:10.1109/TNS.2012.2235464Dukel’skiĭ K.V., Eron’yan M.A., Komarov A.V., Khokhlov A.V., Kulesh A.Y., Meshkovskiĭ I.K., et al. Radiation-optical stability of single-mode W-type lightguides with depressed-index fluorosilicate cladding // Journal of Optical Technology. 2015. Vol. 82. Iss. 2. PP. 113-115. DOI:10.1364/JOT.82.000113Dukel’skiĭ K.V., Eron’yan M.A., Komarov A.V., Khokhlov A.V., Kulesh A.Y., Meshkovskiĭ I.K., et al. Radiation-optical stability of single-mode W-type lightguides with depressed-index fluorosilicate cladding // Journal of Optical Technology. 2015. Vol. 82. Iss. 2. PP. 113-115. DOI:10.1364/JOT.82.000113Kim Y., Ju S., Jeong S., Lee S.H., Han W.T. Gamma-ray radiation response at 1550 nm of fluorine-doped radiation hard single-mode optical fiber // Optics Express. 2016. Vol. 24. Iss. 4. PP. 3910-3920. DOI:10.1364/OE.24.003910Kim Y., Ju S., Jeong S., Lee S.H., Han W.T. Gamma-ray radiation response at 1550 nm of fluorine-doped radiation hard single-mode optical fiber // Optics Express. 2016. Vol. 24. Iss. 4. PP. 3910-3920. DOI:10.1364/OE.24.003910Girard S., Morana A., Ladaci A., Robin T., Mescia L., Bonnefois J.J., et al. A. Recent advances in radiation-hardened fiber-based technologies for space applications // Journal of Optics. 2018. Vol. 20. Iss. 9. DOI:10.1088/2040-8986/aad271Girard S., Morana A., Ladaci A., Robin T., Mescia L., Bonnefois J.J., et al. A. Recent advances in radiation-hardened fiber-based technologies for space applications // Journal of Optics. 2018. Vol. 20. Iss. 9. DOI:10.1088/2040-8986/aad271Tomashuk A.L., Filippov A.V., Kashaykin P.F., Bychkova E.A., Galanova S.V., Tatsenko O.M., et al. Role of Inherent Radiation-Induced Self-Trapped Holes in Pulsed-Radiation Effect on Pure-Silica-Core Optical Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2019. Vol. 37. Iss. 3. PP. 956-963.Tomashuk A.L., Filippov A.V., Kashaykin P.F., Bychkova E.A., Galanova S.V., Tatsenko O.M., et al. Role of Inherent Radiation-Induced Self-Trapped Holes in Pulsed-Radiation Effect on Pure-Silica-Core Optical Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2019. Vol. 37. Iss. 3. PP. 956-963.Mihailov S.J. Fiber Bragg Grating Sensors for Harsh Environments // Sensors. 2012. Vol. 12. Iss. 2. PP. 1898-1918. DOI:10.3390/s120201898Mihailov S.J. Fiber Bragg Grating Sensors for Harsh Environments // Sensors. 2012. Vol. 12. Iss. 2. PP. 1898-1918. DOI:10.3390/s120201898Varzhel’ S.V., Mun’ko A.S., Konnov K.A., Gribaev A.I., Kulikov A.V. Recording Bragg gratings in hydrogenated birefringent optical fiber with elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. Vol. 83. Iss. 10. PP. 638-641. DOI:10.1364/JOT.83.000638Varzhel’ S.V., Mun’ko A.S., Konnov K.A., Gribaev A.I., Kulikov A.V. Recording Bragg gratings in hydrogenated birefringent optical fiber with elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. Vol. 83. Iss. 10. PP. 638-641. DOI:10.1364/JOT.83.000638Arkhipov S.V., Strigalev V.E., Soldatova N.S., Varzhel’ S.V., Mun’ko A.S., Smirnova Y.D. How the efficiency with which Bragg gratings are recorded in birefringent optical fibers depends on the orientation of elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. Vol. 83. Iss. 11. PP. 708-710. DOI:10.1364/JOT.83.000708Arkhipov S.V., Strigalev V.E., Soldatova N.S., Varzhel’ S.V., Mun’ko A.S., Smirnova Y.D. How the efficiency with which Bragg gratings are recorded in birefringent optical fibers depends on the orientation of elliptical stress cladding // Journal of Optical Technology. 2016. Vol. 83. Iss. 11. PP. 708-710. DOI:10.1364/JOT.83.000708Eron’yan M.A., Ter-Nersesyants E.V., Komarov A.V., Bezborodkin P.V., Meshkovskiĭ I.K., Varzhel’ S.V., et al. Photorefractivity of germanosilicate light guides // Journal of Optical Technology. 2017. Vol. 84. Iss. 10. PP. 698-700. DOI:10.1364/JOT.84.000698Eron’yan M.A., Ter-Nersesyants E.V., Komarov A.V., Bezborodkin P.V., Meshkovskiĭ I.K., Varzhel’ S.V., et al. Photorefractivity of germanosilicate light guides // Journal of Optical Technology. 2017. Vol. 84. Iss. 10. PP. 698-700. DOI:10.1364/JOT.84.000698Richardson D.J. New optical fibres for high-capacity optical communications // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2016. Vol. 374. Iss. 2062. DOI:10.1098/rsta.2014.0441Richardson D.J. New optical fibres for high-capacity optical communications // Philosophical Transactions of the Royal Society A. 2016. Vol. 374. Iss. 2062. DOI:10.1098/rsta.2014.0441Бурдин А.В., Морозов О.Г., Василец А.А., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Экспериментальная апробация квази-интерферометрической схемы регистрации внешних механических воздействий на основе анализа отклика маломодового оптического сигнала // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 2. С. 37-50.Бурдин А.В., Морозов О.Г., Василец А.А., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Экспериментальная апробация квази-интерферометрической схемы регистрации внешних механических воздействий на основе анализа отклика маломодового оптического сигнала // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 2. С. 37-50.Andreev V.A., Bourdine A.V., Burdin V.A., Evtushenko A.S., Halikov R.H. Design of low DMD few-mode optical fibers with extremely enlarged core diameter providing nonlinearity suppression for operating over “C”-band central region // Proceedings of the XIVth International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies in Telecommunications (Samara, Russian Federation, 22-24 November 2016). Bellingham: SPIE, 2017. Vol. 10342. DOI:10.1117/12.2270555Andreev V.A., Bourdine A.V., Burdin V.A., Evtushenko A.S., Halikov R.H. Design of low DMD few-mode optical fibers with extremely enlarged core diameter providing nonlinearity suppression for operating over “C”-band central region // Proceedings of the XIVth International Scientific and Technical Conference on Optical Technologies in Telecommunications (Samara, Russian Federation, 22-24 November 2016). Bellingham: SPIE, 2017. Vol. 10342. DOI:10.1117/12.2270555Андреев В.А., Бурдин А.В., Бурдин В.А. Исследование влияния отклонения геометрии промышленных образцов маломодовых оптических волокон от оптимальной формы на деградацию спектральной характеристики дифференциальной модовой задержки // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 2. С. 18-25. DOI:10.31854/1813-324x-2018-2-18-25Андреев В.А., Бурдин А.В., Бурдин В.А. Исследование влияния отклонения геометрии промышленных образцов маломодовых оптических волокон от оптимальной формы на деградацию спектральной характеристики дифференциальной модовой задержки // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 2. С. 18-25. DOI:10.31854/1813-324x-2018-2-18-25Saitoh K., Matsuo S. Multicore fiber technology // Journal of Lightwave Technology. 2016. Vol. 34. Iss. 1. PP. 55-66.Saitoh K., Matsuo S. Multicore fiber technology // Journal of Lightwave Technology. 2016. Vol. 34. Iss. 1. PP. 55-66.Russell P.St.J. Photonic-Crystal Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2006. Vol. 24. Iss. 12. PP. 4729-4749.Russell P.St.J. Photonic-Crystal Fibers // Journal of Lightwave Technology. 2006. Vol. 24. Iss. 12. PP. 4729-4749.Arismar Cerqueira S. Jr. Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers // Reports on Progress in Physics. 2010. Vol. 73. Iss. 2. DOI:10.1088/0034-4885/73/2/024401Arismar Cerqueira S. Jr. Recent progress and novel applications of photonic crystal fibers // Reports on Progress in Physics. 2010. Vol. 73. Iss. 2. DOI:10.1088/0034-4885/73/2/024401Jin W., Ju J., Ho H.L., Hoo Y.L., Zhang A. Photonic crystal fibers, devices, and applications // Frontiers of Optoelectronics. 2013. Vol. 6. Iss. 1. PP. 3-24. DOI:10.1007/s12200-012-0301-yJin W., Ju J., Ho H.L., Hoo Y.L., Zhang A. Photonic crystal fibers, devices, and applications // Frontiers of Optoelectronics. 2013. Vol. 6. Iss. 1. PP. 3-24. DOI:10.1007/s12200-012-0301-yDemidov V.V. Single-mode microstructured lightguides with circular placement of cavities for radiation transport in the limited-nonlinearity regime // Journal of Optical Technology. 2017. Vol. 84. Iss. 8. PP. 504-508. DOI:10.1364/JOT.84.000504Demidov V.V. Single-mode microstructured lightguides with circular placement of cavities for radiation transport in the limited-nonlinearity regime // Journal of Optical Technology. 2017. Vol. 84. Iss. 8. PP. 504-508. DOI:10.1364/JOT.84.000504Гатчин Ю.А., Демидов В.В., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В. Квазиодномодовые световоды с увеличенным размером сердцевины на основе микроструктур негексагонального типа // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 3. С. 37-42.Гатчин Ю.А., Демидов В.В., Дукельский К.В., Тер-Нерсесянц Е.В. Квазиодномодовые световоды с увеличенным размером сердцевины на основе микроструктур негексагонального типа // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 3. С. 37-42.Гатчин Ю.А., Демидов В.В., Дукельский К.В., Злобин П.А., Матросова А.С. Технологические основы получения механически стабильных одномодовых микроструктурированных световодов с предельно низким затуханием сигнала // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 4. С. 29-35.Гатчин Ю.А., Демидов В.В., Дукельский К.В., Злобин П.А., Матросова А.С. Технологические основы получения механически стабильных одномодовых микроструктурированных световодов с предельно низким затуханием сигнала // Труды учебных заведений связи. 2017. Т. 3. № 4. С. 29-35.Демидов В.В., Дукельский К.В., Леонов С.О., Матросова А.С. Нелинейно-оптические преобразования пикосекундных лазерных импульсов в многомодовых микроструктурированных световодах с умеренной нелинейностью // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 61-66. DOI:10.31854/1813-324x-2018-1-61-66Демидов В.В., Дукельский К.В., Леонов С.О., Матросова А.С. Нелинейно-оптические преобразования пикосекундных лазерных импульсов в многомодовых микроструктурированных световодах с умеренной нелинейностью // Труды учебных заведений связи. 2018. Т. 4. № 1. С. 61-66. DOI:10.31854/1813-324x-2018-1-61-66Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Kosolapov A.F., Plotnichenko V.G., Semjonov S.L., Dianov E.M. Demonstration of a waveguide regime for a silica hollow-core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectra region > 3.5 μm // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 2. PP. 1441-1448. DOI:10.1364/OE.19.001441Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Kosolapov A.F., Plotnichenko V.G., Semjonov S.L., Dianov E.M. Demonstration of a waveguide regime for a silica hollow-core microstructured optical fiber with a negative curvature of the core boundary in the spectra region > 3.5 μm // Optics Express. 2011. Vol. 19. Iss. 2. PP. 1441-1448. DOI:10.1364/OE.19.001441Kolyadin A.N., Kosolapov A.F., Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Plotnichenko V.G., Dianov E.M. Light transmission in negative curvature hollow core fiber in extremely high material loss region // Optics Express. 2013. Vol. 21. Iss. 8. PP. 9514-9519. DOI:10.1364/OE.21.009514Kolyadin A.N., Kosolapov A.F., Pryamikov A.D., Biriukov A.S., Plotnichenko V.G., Dianov E.M. Light transmission in negative curvature hollow core fiber in extremely high material loss region // Optics Express. 2013. Vol. 21. Iss. 8. PP. 9514-9519. DOI:10.1364/OE.21.009514Poletti F. Nested antiresonant nodeless hollow core fiber // Optics Express. 2014. Vol. 22. Iss. 20. PP. 23807-23828. DOI:10.1364/OE.22.023807Poletti F. Nested antiresonant nodeless hollow core fiber // Optics Express. 2014. Vol. 22. Iss. 20. PP. 23807-23828. DOI:10.1364/OE.22.023807Alagashev G.K., Pryamikov A.D., Kosolapov A.F., Kolyadin A.N., Lukovkin A.Y., Biriukov A.S. Impact of geometrical parameters on the optical properties of negative curvature hollow-core fibers // Laser Physics. 2015. Vol. 25. Iss. 5. DOI:10.1088/1054-660X/25/5/055101Alagashev G.K., Pryamikov A.D., Kosolapov A.F., Kolyadin A.N., Lukovkin A.Y., Biriukov A.S. Impact of geometrical parameters on the optical properties of negative curvature hollow-core fibers // Laser Physics. 2015. Vol. 25. Iss. 5. DOI:10.1088/1054-660X/25/5/055101Frosz M.H., Roth P., Günendi M.C., Russell P.St.J. Analytical formulation for the bend loss in single-ring hollow-core photonic crystal fibers // Photonics Research. 2017. Vol. 5. Iss. 2. PP. 88-91. DOI:10.1364/PRJ.5.000088Frosz M.H., Roth P., Günendi M.C., Russell P.St.J. Analytical formulation for the bend loss in single-ring hollow-core photonic crystal fibers // Photonics Research. 2017. Vol. 5. Iss. 2. PP. 88-91. DOI:10.1364/PRJ.5.000088Litchinitser N.M., Abeeluck A.K., Headley C., Eggleton B.J. Antiresonant reflecting photonic crystal optical waveguides // Optics Letters. 2002. Vol. 27. Iss. 18. PP. 1592-1594. DOI:10.1364/OL.27.001592Litchinitser N.M., Abeeluck A.K., Headley C., Eggleton B.J. Antiresonant reflecting photonic crystal optical waveguides // Optics Letters. 2002. Vol. 27. Iss. 18. PP. 1592-1594. DOI:10.1364/OL.27.001592Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. Burlington: Academic Press & Elsevier, 2012. 648 p.Agrawal G.P. Nonlinear Fiber Optics. Burlington: Academic Press & Elsevier, 2012. 648 p.Comsol. URL: https://www.comsol.ru (дата обращения 14.03.2019)Comsol. URL: https://www.comsol.ru (дата обращения 14.03.2019)Saitoh K., Koshiba M. Full-vectorial imaginary-distance beam propagation method based on a finite element scheme: application to photonic crystal fibers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2002. Vol. 38. Iss. 7. PP. 927-933. DOI:10.1109/JQE.2002.1017609Saitoh K., Koshiba M. Full-vectorial imaginary-distance beam propagation method based on a finite element scheme: application to photonic crystal fibers // IEEE Journal of Quantum Electronics. 2002. Vol. 38. Iss. 7. PP. 927-933. DOI:10.1109/JQE.2002.1017609Olszewski J., Szpulak M., Urbanczyk W. Effect of coupling between fundamental and cladding modes on bending losses in photonic crystal fibers // Optics Express. 2005. Vol. 13. Iss. 16. PP. 6015-6022. DOI:10.1364/OPEX.13.006015Olszewski J., Szpulak M., Urbanczyk W. Effect of coupling between fundamental and cladding modes on bending losses in photonic crystal fibers // Optics Express. 2005. Vol. 13. Iss. 16. PP. 6015-6022. DOI:10.1364/OPEX.13.006015Guobin R., Zhi W., Shuqin L., Shuisheng J. Mode classification and degeneracy in photonic crystal fibers // Optics Express. 2003. Vol. 11. Iss. 11. PP. 1310-1321. DOI:10.1364/OE.11.001310Guobin R., Zhi W., Shuqin L., Shuisheng J. Mode classification and degeneracy in photonic crystal fibers // Optics Express. 2003. Vol. 11. Iss. 11. PP. 1310-1321. DOI:10.1364/OE.11.001310

The authors declare that there are no conflicts of interest present.