近日，暨南大学光子技术研究院在反谐振空芯光纤布里渊散射及窄线宽激光领域取得关键进展。团队在千米级反谐振空芯光纤中成功实现布里渊散射系数跨四个数量级的精准调控，同时研制出线宽低至1.1 kHz的单纵模布里渊光纤激光器，充分展现了气体填充空芯光纤在非线性光学与超高相干光源领域的独特优势。成果以“Brillouin Scattering and Single- Longitudinal-Mode Lasing in Long-Length, SF6-Filled Anti-Resonant Hollow-Core Fibers” 为题，于2026年4月发表于国际权威期刊《Photonics Research》。
布里渊散射是光与声波的相干相互作用，作为三阶非线性效应的受激布里渊散射（SBS）增益系数显著优于克尔、拉曼非线性效应，兼具高增益与频率选择性，在窄线宽激光、精密测量、光纤传感等领域拥有广阔的应用前景。但在高功率光纤传输过程中，SBS产生的强烈反向散射会限制入射功率，而传统实芯光纤因受石英玻璃本征声学属性的制约，难以对SBS的强度和作用距离进行有效调控。
空芯光纤（HCF）为填充气体和气压调控提供了灵活的自由度，能够实现光波与声波的长距离传导，突破了实芯光纤的本征限制，为气体光子学研究开辟了全新方向。前期研究[1]已证实，提升纤芯气压可使气体光纤的布里渊增益系数超越石英玻璃光纤，推动气体光纤布里渊散射从被动效应向主动器件、从有害传输机制向新型光子光源转变。
暨南大学研究团队研发的反谐振空芯光纤，攻克了千米级气体波导低损耗传输的难题，传输损耗可低至<0.1 dB/km，成为研究光与声波长距离相干散射的理想平台。团队选用高分子量、且在通信波段无吸收谱线的SF6作为填充气体，以长距离双嵌套管反谐振空芯光纤（DNANF）为研究载体，系统探究了自发布里渊散射（SpBS）到受激布里渊散射（SBS）的演变过程，并以此为基础开发布里渊激光器。
实验中，团队成功实现布里渊增益系数跨四个数量级的清晰调控，完成2.4 km长气体扩散的分布式表征，首次在同一根光纤内观测到SpBS到SBS连续转变；同时实现单纵模气体布里渊激光线宽与输出功率的数量级突破，为相关技术的发展提供了新方向与设计平台。
本次研究实现了从基础架构、物理机制到器件性能的多维度创新突破：
一是搭建2.4公里长度无熔接的反谐振空芯光纤气体填充平台，实现布里渊增益系数在10-5至0.1 m-1W-1区间跨四个数量级的调控，为可重构非线性光纤光学与高功率光纤传输打造了全新载体。
二是实现气体扩散动力学与分子混合过程的分布式观测，在同一根光纤中清晰捕捉到从SpBS到SBS的连续转变；利用布里渊光时域反射技术，在2.4公里距离上实现7.5米的高空间分辨率，验证了该光纤平台在研究气体扩散动力学方面的应用潜力。
三是依托充SF6反谐振空芯光纤实现窄线宽、高功率、宽调谐的激光输出，研制的单纵模布里渊激光器输出线宽达1.1 kHz、功率188 mW，支持1532–1567 nm全C波段连续调谐，攻克了气体填充光纤激光器调谐范围受限的技术难题。
该研究不仅揭示了气体填充空芯光纤中布里渊散射的调控机理，还验证了其作为多功能集成光子平台的可行性。未来，随着光纤传输损耗的进一步降低和气体压力调控技术的优化升级，该平台有望实现赫兹级线宽、瓦级输出功率的激光输出，将在高精度光谱分析、量子通信、激光雷达等前沿领域发挥关键作用。
图1 千米级无熔接 DNANF 的光学与声学特性表征及高压气体吸收损耗对比 (a) 双嵌套管反谐振空芯光纤（DNANF）横截面的扫描电子显微镜图像；(b) 采用截断法实测的拉制后DNANF传输损耗特性；(c) 1550 nm 波段基模光学模式强度分布的有限元法模拟结果；(d) 填充10 bar 六氟化硫（SF6）的 DNANF 中，基模声学模式压力分布的有限元法模拟结果；(e) 基于HITRAN 数据库模拟的40 bar 二氧化碳（CO2）与10 bar 六氟化硫（SF6）吸收损耗谱对比。
图2 基于RBS光谱的2.4公里DNANF中SF6注入与扩散动力学研究及泵浦脉冲宽度对光谱的影响 (a)气体扩散特性研究的实验装置示意图；(b) 向光纤远端注入10 bar SF6并持续6小时后，获取的瑞利布里渊散射（RBS）光谱图；(c) 光纤远端注入10 bar SF6并持续15天后，记录的RBS光谱图；在 10 bar 压力下对光纤进行24 小时SF6注入后，可观测到双向气体扩散现象；(d) SF6注入6小时后，在光纤z = 2180 m、2220 m和2370 m位置处测得的局部RBS光谱；(e) 在光纤2370 m位置处，不同泵浦脉冲宽度（τ= 50 ns和500 ns）下RBS光谱的线性坐标图，直观呈现相互作用长度与光谱卷积的影响规律。
图3 基于高压SF6填充DNANF 谐振腔的单纵模布里渊光纤激光器性能表征 (a)实验装置整体示意图，含环形腔布里渊光纤激光器（粉色框内）与延时自外差干涉仪（蓝色框内）；注：TLS为可调谐激光源，PC为偏振控制器，MFA为模场适配器；(b) 900 mW泵浦功率下，100 m长DNANF谐振腔产生的拍频信号谱，该谐振腔自由光谱范围为2.5 MHz，边模抑制比约60 dB ；(c) 70 m（黑点）与100 m（红方）DNANF谐振腔的输出斯托克斯功率随入射泵浦功率的变化关系，清晰展示激光器的阈值与斜率效率特性；(d) 通过调控泵浦波长，实现激光器在C波段（1532–1567 nm）范围内的连续可调谐单纵模运转。
本论文第一作者为暨南大学梁浩副研究员，通讯作者为丁伟研究员。研究工作依托广东省光纤传感与通信技术重点实验室、暨南大学光子技术研究院、暨南大学物理与光电工程学院完成。
论文链接：
https://doi.org/10.1364/PRJ.575393
参考文献：
撰稿：课题组
