利用具有不同折射率的两块玻璃，并以特定的排列堆叠，研究人员首次开发出具有抛物线折射率的多模光纤，其传输可达中红外和高非线性。注入光纤的短脉冲光的光谱大幅展宽，从可见光到中红外。值得注意的是，与传统多模光纤不同，由于抛物线折射率引起的自清洁动力学，光束保持平滑。这种具有超宽光谱、平滑光束和高功率的光源可应用于环境传感或医学诊断的高分辨率成像等领域。来源：Tampere大学

当高功率超短光脉冲与玻璃光纤等材料相互作用时，会发生一系列高度非线性的相互作用，导致注入光的时间和光谱特性发生复杂变化。如果将这种相互作用发挥到极致，就会产生彩虹激光，通常被称为超连续光源。自2000年首次在一种特殊类型的光纤中进行演示以来，超连续谱激光已经彻底改变了许多科学领域，从以前所未有的分辨率进行计量和成像，到超宽带遥感，甚至到系外行星的探测。

 PBG渐变折射率多模光纤特性。

然而，当前超连续谱源的瓶颈在于，它们基于支持单个横向强度分布或模式的光纤，这固有地限制了它们的光功率。此外，传统光纤由石英玻璃制成，其传输仅限于光谱的可见光和近红外区域。将超连续光谱光扩展到中红外等其他波长区域需要由所谓的软玻璃制成的光纤，但这些光纤的损伤阈值低于二氧化硅，从而限制了超连续光谱光束的功率。

具有自清洁光束的非石英光纤

最近，一种折射率在整个光纤结构中连续变化的不同类型的光纤被证明可以显著提高超连续谱功率，同时仍然保持平滑的光束强度分布。“这种渐变折射率光纤的折射率变化导致光纤内的光周期性聚焦和散焦，从而实现空间和时间非线性光-物质相互作用之间的耦合。这导致了一种自清洁机制，产生具有高功率和干净光束轮廓的超连续光。在其许多应用中，它们还提供了研究波浪湍流等基本物理效应的方法。”Tampere大学研究小组组长Goëry Genty教授说。

SC产生和强度噪声测量的实验装置示意图。

虽然这些纤维最近引起了研究界的极大关注，但到目前为止，它们的使用仅限于可见光和近红外。Tampere团队首次展示了在具有自清洁光束的非硅梯度折射率光纤中从可见光到中红外产生两倍频程超连续谱的过程。

诊断和监控方面的巨大潜力

中红外是一个至关重要的研究对象，因为它包含许多重要分子的特征振动跃迁。

研究人员Genty解释道：“新的解决方案将带来更高效的中红外超连续光源，具有许多潜在的应用，例如污染物标记、癌症诊断、机器视觉、环境监测、质量和食品控制。”

超连续谱和空间强度分布与输入光束倾角的关系。

研究人员预计，这种新型光纤将很快成为产生宽带源和频率梳的重要标准材料。

来源：Two octave super continuum generation in a non-silica graded-index multimode fiber, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29776-6