【前沿资讯】高双折射D形微光纤器件：双梳测量技术的新突破

    光频梳技术凭借其在精确测量领域的卓越表现，成为科研人员探索微观世界和宏观宇宙的得力助手。近年来，双梳技术更是异军突起，通过两组不同重复率的光频梳实现时间异步采样和频谱多模外差干涉，大幅降低了对设备带宽和响应速度的要求，让精密光学测量得以在更广泛的领域施展拳脚，像吸收光谱、测距、传感器解调等。

    不过，经典双梳系统的光源由两个独立锁模激光器构成，不仅成本高昂，对工作环境的要求也极为苛刻。为了推动双梳技术的广泛应用，单腔双梳结构应运而生，借助多种复用方法，在同一激光腔内实现稳定的异步超短脉冲输出，有效降低了系统复杂度。然而，现有单腔双梳源的重复频率和重复频率差往往较低，难以满足特定场景下对测量速度和精度的高要求，比如化学反应动力学过程监测、高速移动物体测距等。

    在此背景下，Ding等人提出了一种超高双折射D形微光纤器件，为单腔双梳技术的发展注入了新的活力。该器件的设计独具匠心，其腰横截面呈非对称D形轮廓，这种特殊的形状打破了对称性，为实现高双折射创造了条件。通过有限元方法模拟发现，较小的曲率直径有利于提高双折射，但考虑到实际应用中对器件封装尺寸的限制，研究人员权衡后将曲率直径设定为2.5μm左右，此时理论双折射可达1.87×10⁻²。而且，该器件在1550nm处，偏振X和偏振Y的色散系数与非线性系数明显分离，反常色散能够确保在光纤激光器中快速建立孤子锁模。

    在制造工艺方面，D形微光纤的制备分为侧抛和拉锥两步。侧抛过程中，利用砂轮对标准商用光纤进行机械加工，通过精确控制拉力、砂轮转速和研磨时间，将光纤侧边抛光至光纤芯与抛光面相切，此时传输损耗小于0.1dB。随后，采用火焰刷技术对侧面抛光的光纤进行热削锥，优化火焰温度、刷洗区域长度、步进电机移动距离和速度等参数，最终制备出的D形微光纤插损低至0.2dB，在7mm均匀腰部区域的双折射高达4.29×10⁻²，比商业偏振保持光纤的双折射大一个数量级。

    将该器件应用于单短腔双梳激光器中，研究人员搭建了相应的实验装置。在实验过程中，通过调整泵浦功率和腔偏振状态，成功实现了双梳锁模。当腔长优化至基本重复频率为431MHz时，双梳稳定锁模的重复频率差达到247.6kHz，最大重复频率差更是高达258.7kHz，比以往全光纤单腔双梳的重复频率差大几个数量级。同时，研究人员还对双梳输出的特性进行了深入研究，包括频谱、光谱、自相关迹以及输出功率随泵浦功率的变化等。实验发现，双梳输出的光谱呈现出独特的特征，并且在不同泵浦功率下，激光器会经历连续波锁模、过渡区和稳定双梳锁模等不同状态。

    此外，该双梳源在稳定性方面表现出色。通过连续扫描射频谱监测发现，在1小时的测试范围内，虽然重复频率有一定波动，但重复频率差的绝对波动低于0.044%。而且，通过对D形微光纤进行适当封装、主动热控制，对输入泵进行实时电反馈控制以及对整个激光装置进行精确振动隔离等措施，还可进一步提高稳定性。

    这种基于高双折射D形微光纤器件的单腔双梳激光器，为提高双梳测量系统的采样率和精度提供了新的可能。在未来，有望广泛应用于环境监测、工业成分分析、导航等领域，以更简单、低成本的方式推动相关技术的发展，让我们在探索世界的道路上迈出更加坚实的步伐。