圖1 微氣泡缺陷導致損耗的數值模擬。(a)變形纖芯的重建模型;(b)不同變形程度的纖芯的功率變化;(c)變形光纖的電場模。

近期，中國科學院上海光學精密機械研究所先進激光與光電功能材料部特種玻璃與光纖研究中心于飛研究員團隊，開展了高數值孔徑多芯成像光纖中微氣泡缺陷的研究，相關成果以“Study of microbubble defects in high-NA silicate-glass multi-core imaging fibers fabricated by the stack-and-draw method”為題，發表于Optics Express。

使用硅酸鹽玻璃可以提高光纖數值孔徑，達到減小纖芯尺寸、降低芯間串擾的目的，是實現光纖高分辨率的有效手段。然而硅酸鹽玻璃體系的多芯成像光纖存在許多成像缺陷，困擾光纖以及內窺成像的進一步發展。

研究團隊從理論和實驗角度探究了光纖中的微氣泡和成像缺陷的關系。通過破壞性和非破壞性的測試發現了殘留在光纖中的微氣泡與輸出端暗點的關聯性。通過建立有限元模型，得到變形纖芯產生極高損耗(>500dB/m)的結論，揭示了微氣泡擠壓纖芯產生局部高損耗是形成缺陷的主要原因。通過更換熱性質更匹配的纖芯和包層玻璃，促進光纖拉制時氣體的有序排出，極大地減少微氣泡缺陷的形成，有效改善成像質量。得到了高數值孔徑的少暗點多芯成像光纖。該工作為高數值孔徑成像光纖的制備提供了有價值的參考。有望應用在超細光纖內窺鏡中。

圖2 優化前光纖的(a)顯微鏡圖像，(b)一米長透射圖案和(c)一米長傳輸的圖像;優化后光纖的(d)顯微鏡圖像，(e)一米長透射圖案和(f)一米長傳輸的圖像

相關工作得到了國家自然科學基金、中國科學院青年創新促進會、中國科學院戰略性先導科技專項、上海市青年科技英才揚帆計劃、科技創新2030、山東省重點科技研發計劃、中國科學院等基金項目支持。

審核編輯 黃宇