随着科技的不断进步，高功率光纤激光器因其转换效率高、性能稳定、光束质量优异及结构紧凑等优势，在工业加工、国防军事、生物医学、环境监测等领域得到了广泛应用。然而，随着激光输出功率和光谱范围的不断提升，传统石英光纤由于材料损伤、非线性效应以及材料本征吸收等因素，难以满足高功率激光柔性传输的需求。在此背景下，空芯反谐振光纤（HCARF）作为一种新型解决方案应运而生，为高功率激光传输提供了新路径。
空芯反谐振光纤的发展历程
空芯反谐振光纤是一种基于反谐振反射原理工作的微结构光纤，能够将光场限制在低折射率的空气纤芯中，从而具备高损伤阈值、低非线性等一系列优良特性。自2002年首款Kagome结构的空芯反谐振光纤问世以来，该技术经历了从负曲率到冰淇淋状结构的演变，并最终发展至无节点单圈结构，实现了更低的传输损耗和平滑的传输曲线。近年来，通过不断的结构优化和技术改进，科学家们已经成功制备出了具有极低传输损耗的空芯反谐振光纤，如北京工业大学团队在2024年的突破性成果，其双层嵌套型空芯反谐振光纤的损耗已降至0.08±0.03 dB/km@1550 nm，低于实芯石英光纤在同一波段的损耗。
高功率激光传输的应用前景
与传统的实芯传能光纤相比，空芯反谐振光纤拥有显著的优势，包括低非线性、高损伤阈值以及可控的传输模式数量，这些特点使其成为高功率激光传输的理想选择。尤其是在近红外波段，由于技术成熟度较高且应用广泛，空芯反谐振光纤在此领域的研究尤为活跃。例如，德国耶拿大学于2018年首次实现了千瓦级高功率连续激光的柔性传输；而北京工业大学则在2023年展示了多模嵌套式空芯反谐振光纤在少模激光传输中的高效表现，实现了高达2850 W的激光输出。
此外，空芯反谐振光纤还在大能量纳秒脉冲激光和高峰值功率超短脉冲激光的传输方面展现了巨大潜力。美国科罗拉多州立大学的研究表明，利用Kagome结构的空芯反谐振光纤可以实现脉冲能量为30 mJ的超高能量激光传输，传输效率达到90%。而在中红外波段，尽管存在材料吸收的问题，但通过采用石英基空芯反谐振光纤，研究人员成功克服了这一挑战，实现了6 µm波段的导光。
空芯反谐振光纤不仅解决了传统光纤在高功率激光传输上的局限性，还拓展了激光传输的应用范围，从可见光到紫外乃至中红外波段都有所涵盖。随着制备工艺的持续改进和技术革新，预计未来几年内，空芯反谐振光纤将在更多领域发挥重要作用，推动相关行业的快速发展。对于科研人员而言，探索如何进一步降低损耗、提高传输效率仍是未来研究的重点方向。
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