近日，我室博士生焦凯（第一作者）和王训四研究员（通讯作者）、王荣平教授（通讯作者）在期刊Applied Physics Letters上发表了题为“Mid-infrared all-solid anti-resonant chalcogenide fiber with large mode area and coupling tolerance”的论文，文章链接：https://doi.org/10.1063/5.0221373。

       工作波长为3-5μm的高功率光纤激光器在非线性成像显微镜、医疗激光手术、激光吸收光谱学和光声光谱学等领域具有重要的应用价值。然而，高功率密度情况下引发的横模不稳定和非线性效应问题，严重限制了中红外光纤激光器输出功率的进一步提升。具有超大模场面积、低传输损耗和高光束质量特性的反谐振光纤可有效解决上述难题。然而，超大的模场面积和低数值孔径导致其与传统光纤耦合过程中出现严重的模场失配的问题，对耦合效率产生极大的不良影响。

       针对超大模场面积反谐振光纤模场失配的难题，本工作开展了光纤微透镜结构设计和制备研究，制备了具有超大模场面积、高光束质量固态反谐振光纤（AS-ARF），并基于该光纤开展了光纤微透镜设计制备及其与激光透过效率之间关系的研究。开发了新型隔离挤压-精密堆积AS-ARF制备技术，基于高纯度As40S60和Ge1As39Se60玻璃，利用隔离挤压技术分别制备了芯包结构细棒、锯齿形纤芯细棒和花瓣形玻璃空管，以消除堆积过程中细棒之间的间隙，降低光学界面的形变量和散射缺陷。经精密堆积后，基于负气压光纤拉制技术成功制备了结构良好的AS-ARF。

图1 (a) 隔离挤压技术制备的芯包结构细棒、锯齿形纤芯细棒和花瓣形玻璃空管；(b) AS-ARF光纤端面；(c) 局部放大图

       为了验证设计光纤的高光束质量特性，将高斯光束对接耦合到AS-ARF，并通过仿真软件探究径向偏移的影响，保持两端面之间的恒定间隔，计算得到了LP₀₁模式的能量占比，结果如图2 (a)所示。结果表明，当入射光发生径向偏移时，光纤微透镜可有效增大LP₀₁模式的能量占比。同时，对不同光源偏移距离情况下，有无微透镜的近场光斑分布演化过程进行了模拟和实验研究，均无高阶模式被激发，结果如图2 (b)所示。利用精准耦合平台开展了径向偏移距离与激光传输效率的关系研究，实验结果表明，在无光纤微透镜条件下，光源入射径向偏移距离仅为40 μm时，激光的传输效率迅速降低至0，结果如图3所示。然而，当光纤微透镜条件下，径向偏移距离极限可大幅提升至110 μm，证明光纤微透镜可有效提升径向激光偏移距离余量，从而降低耦合难度。

图2 (a) 径向偏移距离与LP₀₁模式能量占比关系；(b-q) 不同偏移距离情况近场光斑分布

图3 (a) 无光纤微透镜， (b) 有光纤微透镜耦合偏移示意图；(c) 径向偏移距离与激光传输效率关系