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多芯光纤中的光机械相互作用及其应用

DOI：10.1109/jstqe.2019.2958933 期刊：IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 出版年份：2019 更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要： 正在研发含多芯的光纤，以提升空间复用光通信网络的容量。多数情况下，这些光纤设计为芯间光功率直接耦合可忽略不计。然而，各芯仍嵌于单一的机械统一包层中。光纤包层几何结构支持的弹性（或声学）模式与多个芯重叠。任何芯中的光都可能通过电致伸缩激发声波。一旦激发，这些声波也可能对其他芯中的光波产生光弹扰动。这种光机械耦合会产生芯间交叉相位调制效应，即使直接光串扰非常微弱时也是如此。交叉相位调制频谱可达数百兆赫频率，可能呈现离散窄峰，也可能因几何布局不同而呈准连续态。在共振频率处，该效应的强度与克尔非线性导致的芯内交叉相位调制相当。文中展示了两种潜在应用：无需射频电滤波器的单频光电振荡器，以及对多芯光纤包层外（光无法到达区域）液体的点传感。
作者： Hilel Hagai Diamandi，Yosef London，Arik Bergman，Gil Bashan，Javier Madrigal，David Barrera，Salvador Sales，Avi Zadok
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研究概述 实验方案

研究目的

研究多芯光纤中的光机械相互作用及其在提升空分复用光通信网络容量、单频光电振荡器以及多芯光纤包层外液体点传感方面的应用。

研究成果

该研究表明，由于多芯光纤（MCFs）中存在多种导光模式和声学模式，其为光力学研究提供了丰富的实验平台。即使各纤芯间光功率的直接耦合可忽略不计，导波声波的激励仍可能引发纤芯间的光力学交叉相位调制（XPM）。这一现象已通过实验得到验证，其定量结果与模型预测高度吻合。目前该效应已展现出两项潜在应用：单频光电振荡器，以及多芯光纤包层外液体的定点传感。

研究不足

该研究受限于光机械跨芯交叉相位调制应用需要较高泵浦功率水平（数百毫瓦至数瓦量级）。此外，跨芯交叉相位调制效应可能会使多芯光纤的某些应用（如窄带微波信号的分配与处理）复杂化。

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