2026-07-29
文章来源：富泰科技
在冷原子、中性原子量子计算、离子阱、原子钟及量子传感实验中，激光不仅需要准确到达实验区域，还要尽可能保持原有的光束模式、偏振状态和功率稳定性。
传统自由空间光路容易受到机械振动、温度变化和空气扰动影响，造成光束指向漂移、偏振变化和模式畸变。保偏无限单模光子晶体光纤，则为复杂量子实验提供了一种更加稳定、紧凑的激光传输方式。
光子晶体光纤（PCF）是一类具有微结构包层的特种光纤，其包层由沿光纤长度方向排列的空气孔组成。通过设计空气孔的尺寸和间距，可以灵活控制光纤的模式、双折射和非线性特性。
所谓“无限单模”，并不是指覆盖无限波长，而是指光纤能够在很宽的波长范围内只传输基模，不容易激发高阶模式。与普通大芯径光纤相比，它可以同时兼顾较大的模场面积和良好的单模输出。
在此基础上，通过特殊的非对称微结构形成较高双折射，还可以使光纤具备保偏功能，从而稳定保持输入线偏振。
富泰科技代理的Alphanov保偏无限单模光子晶体光纤，其核心特点包括：
· 宽波段单模传输(最宽200-1800 nm)；
· 接近高斯分布的输出光斑；
· 稳定保持偏振方向(PER：>18 dB)；
· 较大的模场面积(可选5/10/15/20 um)；
· 更高的单频激光功率传输能力(最高50 W)
量子实验通常涉及多种原子跃迁和多个激光波长。例如，铷原子常用780 nm和795 nm，铯原子常用852 nm和895 nm；离子阱实验还可能使用369 nm、397 nm、729 nm等紫外和可见光波长。保偏PCF方案可覆盖约200～1800 nm，可适配多种原子和离子体系。
冷原子与磁光阱
磁光阱、偏振梯度冷却和光泵浦需要多束偏振精确控制的激光。使用保偏PCF，可以在光纤输出端获得稳定的偏振和基模光斑，减少自由空间光路调整，提高原子冷却和俘获的重复性。
中性原子量子计算
中性原子平台通常需要冷却光、再泵浦光、光镊激光、里德堡激发光和成像光。保偏PCF可以用于激光器与量子处理区域之间的稳定连接，实现光束空间模式净化，并减少不同通道之间的光斑差异。
对于光镊系统，良好的单模输出有助于形成更规则、对称的聚焦光斑，提高光镊阵列的一致性。
离子阱与紫外激光传输
紫外光容易在石英光纤中产生色心，引起光纤损耗逐渐增加。针对紫外应用，可以采用氢气加载和紫外固化处理，提高光纤的抗光致暗化能力，适合离子冷却和量子态操控等场景。
原子钟与量子传感
原子钟、原子干涉仪和量子重力仪经常使用窄线宽单频激光。普通小芯径光纤中的功率密度较高，容易产生受激布里渊散射，限制传输功率。
大模场面积PCF可以降低纤芯中的光功率密度，提高布里渊散射阈值，更适合窄线宽激光和较高功率激光的稳定传输。保偏无限单模PCF可提供多种纤芯尺寸，例如：
· PCF-PM-5：模场直径约4 μm；
· PCF-PM-10：模场直径约8 μm；
· PCF-PM-15：模场直径约12 μm；
· PCF-PM-20：模场直径约17 μm。
较大的模场面积有助于提高功率承受能力和非线性效应阈值，但也会增加对耦合精度和弯曲半径的要求。因此，选型时需要综合考虑工作波长、激光功率、线宽、传输长度和安装空间。
从光纤到可靠跳线
光子晶体光纤内部存在空气孔，如果端面长期暴露，灰尘和水汽可能进入微结构区域。因此，实际应用中通常需要采用端帽或空气孔塌缩工艺进行密封。
同时，还可以根据实验要求配置：
· FC/PC或FC/APC保偏接头；
· 高功率SMA接头；
· 包层光剥除器；
· 端面增透膜；
· 输出准直器；
· 金属铠装保护；
低功率版本最高可用于约10 W输入，高功率版本可达约50 W，紫外版本则主要针对200 mW以内的短波长激光。
量子系统对光束稳定性的要求远高于普通激光应用。任何偏振变化、模式畸变或指向漂移，都可能影响原子俘获效率、量子态操控和实验重复性。
保偏无限单模光子晶体光纤将宽波段单模传输、大模场面积和偏振保持能力结合在一起，可广泛用于冷原子、中性原子量子计算、离子阱、原子钟及量子传感。
从激光器到量子比特之间，一根稳定可靠的保偏PCF跳线，正在成为量子实验模块化和工程化的重要组成部分。
