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超强激光科学卓越创新简报

(第六百五十期)

2025年5月23日

上海光机所在高数值孔径多芯成像光纤微气泡缺陷研究中取得进展

近期，中国科学院上海光学精密机械研究所先进激光与光电功能材料部特种玻璃与光纤研究中心于飞研究员团队，开展了高数值孔径多芯成像光纤中微气泡缺陷的研究，相关成果以“Study of microbubble defects in high-NA silicate-glass multi-core imaging fibers fabricated by the stack-and-draw method”为题，发表于Optics Express。

使用硅酸盐玻璃可以提高光纤数值孔径，达到减小纤芯尺寸、降低芯间串扰的目的，是实现光纤高分辨率的有效手段。然而硅酸盐玻璃体系的多芯成像光纤存在许多成像缺陷，困扰光纤以及内窥成像的进一步发展。

研究团队从理论和实验角度探究了光纤中的微气泡和成像缺陷的关系。通过破坏性和非破坏性的测试发现了残留在光纤中的微气泡与输出端暗点的关联性。通过建立有限元模型，得到变形纤芯产生极高损耗（>500dB/m）的结论，揭示了微气泡挤压纤芯产生局部高损耗是形成缺陷的主要原因。通过更换热性质更匹配的纤芯和包层玻璃，促进光纤拉制时气体的有序排出，极大地减少微气泡缺陷的形成，有效改善成像质量。得到了高数值孔径的少暗点多芯成像光纤。该工作为高数值孔径成像光纤的制备提供了有价值的参考。有望应用在超细光纤内窥镜中。

相关工作得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、中国科学院战略性先导科技专项、上海市青年科技英才扬帆计划、科技创新2030、山东省重点科技研发计划、中国科学院等基金项目支持。

原文链接

图1 微气泡缺陷导致损耗的数值模拟。（a）变形纤芯的重建模型；（b）不同变形程度的纤芯的功率变化；（c）变形光纤的电场模。

图2 优化前光纤的（a）显微镜图像，（b）一米长透射图案和（c）一米长传输的图像；优化后光纤的（d）显微镜图像，（e）一米长透射图案和（f）一米长传输的图像

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