近日，暨南大学光子技术研究院丁伟研究员、汪滢莹研究员团队联合张莹慧博士、孙一之讲师等科研人员，在反谐振空芯光纤高阶模导光研究领域取得重要突破。团队成功设计并制备出选择性填充SF6气体的连体管空芯光纤（CTF），首次在可见光波段实现低损耗、抗弯曲的高纯度LP11模传输，打破“反谐振空芯光纤基模传输性能优于高阶模”的传统认知。相关成果以“Selectively SF6-filled conjoined-tube hollow-core fibers for low-loss, bend-resistant LP11 mode transmission at visible wavelengths”为题，于2026年2月发表于光子学领域国际权威期刊《Photonics Research》。
LP11模等高阶模因具备独特的相位、偏振特性及场强分布，还有强纵向场分量、中心相位奇点等突出特征，在模分复用光通信、激光加工、量子信息光子学、非线性光学等领域拥有不可替代的应用价值。然而，长期以来，实现LP11模的高效光纤传输始终面临传输损耗高、模式纯度易退化、环境稳定性差等关键技术难题，成为制约其实际应用的核心瓶颈。
传统实芯光纤受材料特性限制，在可见光波段存在强烈的瑞利散射和显著的非线性效应，无法满足高纯度高阶模长距离传输的需求。反谐振空芯光纤凭借包层毛细管的干涉增强内反射效应实现低损耗长距离导光，能突破实芯光纤的瑞利散射损耗极限，还兼具温度敏感性低、非线性效应弱、激光损伤阈值高等优势，成为高阶模光场传输的理想选择。但此前该方向研究仅在近红外波段开展了少量探索[1][2]，延伸至应用场景更丰富的可见光波段时，需攻克更严重的传输损耗、弯曲损耗问题，模式提纯效果也面临急剧恶化的挑战，且此前实验未实现光纤链路必需的抗弯曲能力，严重制约了技术落地潜力。
【创新价值】
暨南大学该课题组长期深耕反谐振空芯光纤基础理论研究、制备表征技术与功能应用开发，在低损耗传输、偏振控制、光纤后处理等关键领域积累了全系列核心技术，为本次研究突破筑牢了技术根基。团队通过结构设计、气体调控与制备工艺的协同创新，实现了三大核心技术跨越：
一是颠覆传统认知，将高纯度LP11模传输从近红外波段（1550 nm）拓展至可见光波段（660 nm），在660 nm波长下实现LP01-to-LP11模式损耗系数比反转，比值高达24.5:1；
二是大幅降低传输损耗，该波段下LP11模传输损耗低至0.45 dB/m，较此前近红外波段损耗水平提升5倍以上，且在36米长距离传输中仍保持高纯度；
三是显著强化实用性能，用30 μm量级纤芯与多层反谐振层包层结构设计，让光纤在弯曲半径大于0.2米时附加损耗可忽略不计，同时具备低偏振依赖性，满足实际应用场景对环境稳定性的严苛要求。
【技术路径】
本次研究成果的取得，依托于课题组多年来的技术积累与持续创新：
2018年，团队提出连体管空芯光纤（CTF）结构，其均匀D形包层及5层反谐振层数设计，为模式精准控制、低损耗传输和抗弯曲性能提升奠定结构基础；
2023年，成功开发选择性气体填充技术，在近红外波段实现LP11模式传输，验证了气体调控实现模式滤波的可行性；
2025年，创新研发六步“熔融-坍缩”法，解决了CTF选择性气体填充过程中的密封与压力稳定性难题，实现关键制备工艺的突破。
该成果首次在可见光波段构建起低损耗、高纯度、抗弯曲、可长距离传输的高阶模传输平台，为非线性光学、量子光子学、光与物质相互作用等领域提供了变革性技术方案，标志着空芯光纤高阶模传输完成从近红外向可见光波段的关键跨越，为该技术更广泛的应用奠定了基础，也为相关领域的前沿研究开辟了新路径。
图1.基于选择性气体填充的LP01模式谐振滤除原理示意图。
图2.选择性填充SF6的连体管空芯光纤（CTF）损耗特性表征。(a)光散射损耗（OSLR）测量实验装置；(b) 样品#2（上）与样品#3（下）的侧向泄漏功率分布曲线，插图为样品#1、#2、#3 的远场输出光束CCD 成像图；(c) 基于SEM 表征的光纤几何结构，仿真得到LP01与LP11模式的限制损耗（假设12个包层管均填充0.9 bar SF6气体），彩色星号为各模态损耗的实验实测值。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/PRJ.574873参考文献：
[1] Anqing Jia, Yifeng Hong, Qi Liu, Yizhi Sun, Shoufei Gao, Yulin Sheng, Yingying Wang, and Wei Ding, "Selectively gas-filled anti-resonant hollow-core fibers for broadband high-purity LP11 mode guidance," Opt. Lett. 48, 1622-1625 (2023).
[2] J.-H. Osório, M. Chafer, B. Debord, et al., “Tailoring modal properties of inhibited-coupling guiding fibers by cladding modification,” Sci. Rep. 9, 1376–1385 (2019).
撰稿：课题组
