使用充气空芯光纤的宽带低损耗全光相位调制器

光相位调制器是光通信、传感和信号处理系统中的关键组件。通过控制光束调制光信号的相位或强度的全光调制器引起了很多研究兴趣。信号光束的相位由控制光束控制，而不是由电信号控制，避免了光链路中的电光转换，从原理上突破“电子瓶颈”成为可能。

报道的全光相位调制器主要基于二维材料涂层光波导。信号光束通过波导倏逝场与二维材料之间的相互作用，包括克尔非线性效应和光热效应，被控制光束调制。

克尔效应可以实现快速调制，但可实现的相位调制受消逝场的光功率密度和二维材料的非线性系数的限制很小。较长的相互作用长度有助于提高相位调制，但也会导致损耗增加。光热效应可在 π 上实现更大的相位调制。

然而，这些相位调制器通常具有高插入损耗和窄波段，受低维材料的吸收和不完全沉积的限制，以及由于热传导过程导致的几毫秒的长响应时间。尽管已经研究了大量的低维材料，但离实际应用还有很大差距。开发具有低损耗、宽波段、快速响应的新型全光相位调制器是推动全光技术发展的必要条件。

Opto-Electronic Advances中这篇文章的作者讨论了一种基于空心光纤 (HCF) 中光气相互作用的宽带全光纤光学相位调制器。在 HCF 中，大部分光模功率在空心中传播，而空心不会被实心纤维材料吸收。这使得从紫外到中红外的极宽带低损耗传输成为可能，除了一些窄的谐振损耗带。HCF 可以将气相材料、高强度控制光束和信号光束同时限制在中空核心中，为长相互作用长度内的强光-气体相互作用提供理想的平台。

制作了在C+L波段内插入损耗约为0.6 dB、100 kHz时半波功率约为289 mW的全光相位调制器。它的响应时间为 μs 级，比基于 2D 材料涂层微纤维的全光调制器好 2-3 个数量级。由于热传导过程的固有限制，使用这种方法实现超过 1 MHz 的调制带宽非常具有挑战性。

它可能在基于光纤干涉仪的相位解调系统中具有广阔的应用前景，特别是对于恶劣环境和远程应用，以及不需要非常高调制带宽的全光纤主动调 Q 激光器。最先进的 HCF 的宽传输带与许多可用的气体种类相结合，也将允许开发从紫外到中红外的全光调制器，这在固态材料中实现起来非常具有挑战性。