高功率中红外超快宽谱光源在先进光谱学、材料精细加工、医疗手术以及遥感等领域中具有重要的应用，受限于激光传输方面的不足阻碍了中红外激光应用的进一步拓展。在传统的传输方式中，空间光路存在各种气体分子的吸收导致输出光斑发生形变和脉冲质量下降，实芯中红外光纤则存在严重的非线性积累，使得输出的时频信号产生严重畸变。为解决这一问题，研究团队采用一段自制的单孔八环结构的Hollow-core PCF（长度5 m）来传输中红外超快脉冲，得益于Hollow-core PCF具有低传输损耗、低非线性效应积累和支持快速抽取真空的优点，团队不仅解决了传统传输方式带来的问题，而且成功实现了整体效率>70%的高效传输。

实验过程中，实验人员利用一套自行搭建的中红外脉冲光纤激光器为光源，5 m长的Hollow-core PCF作为传输媒介，其中Hollow-core PCF两端固定在气室中，以便可以使用真空泵对Hollow-core PCF进行抽真空。抽取真空后（整个抽取过程在1min以内，气压抽至~10 mbar），团队成功实现了激光整体效率> 70%、近衍射极限的高斯光斑的输出，并且整套系统展现出了优良的稳定性。另外，频域上输出的光谱形状与输入的基本一致，时域上由于Hollow-core PCF带有少量的波导色散（-2.04 fs2/mm @ 2.8 μm）,脉冲的宽度从输入的117 fs展宽至404 fs。随后实验人员通过加入Ge和ZnSe正色散材料来补偿由Hollow-core PCF、耦合透镜和气室窗片引入的负色散，获得了脉宽98 fs的输出（接近变换极限脉宽96 fs），峰值功率达170 kW。此外，实验人员还利用自相关迹估算出输出的基模能量占比>95%。

实验人员还将该传输方案与同等长度的空间光路及实芯氟化物光纤进行了对比实验。结果表明，实芯氟化物光纤在超快脉冲传输过程中，由于非线性效应过强，导致脉冲发生时域分裂并伴随明显的频谱红移，验证了空芯光子晶体光纤在高峰值功率中红外超快脉冲传输中的独特优势。该实验实现了高效率、高保真度且高单模纯度的中红外激光柔性传输技术，为宽带中红外超快光源在光谱学、红外对抗及遥感等领域的应用奠定了良好基础。

相关研究成果以“Flexible delivery of broadband, 100 fs mid-infrared pulses in the water-absorption band using hollow-core photonic crystal fiber”为题发表在激光与光电子学顶级期刊Optica上。上海光机所与国科大杭高院联培博士研究生林伟和上海光机所博士研究生李泽卿为共同第一作者，罗素中心的黄家鹏研究员、江昕研究员以及庞盟研究员为共同通讯作者。

图 1. 实验装置与结果。(a) 实验光路。Lens，镀膜的CaF2平凸透镜；HWP，半波片；QWP，四分之一波片；FM，扳倒镜；FTIR，傅里叶变换红外光谱仪；AC，自相关仪。(b) 光纤结构的扫描电镜图。（c）使用截断法测量的损耗谱，阴影区域表示测量不确定性(橙色，左侧轴)，计算的色散曲线(蓝色，右侧轴)。(d) 经5米长Hollow-core PCF的输出功率。（e）使用30 mm的ZnSe和5 mm的Ge材料，实现了近变换极限脉宽98 fs的脉冲输出。

图2. 不同传输方式对比。(a) 水汽的归一化吸收光谱。(b) 激光直接输出(灰色)和在空间光路的传输谱(紫色)、Hollow-core PCF在空气中的传输谱(绿色)以及Hollow-core PCF在真空中的传输谱(红色)。右边显示在2.7-2.8 μm范围内的放大光谱。(c) 实芯氟化物光纤中的拉曼孤子产生。左边为FTIR光谱，右边为自相关轨迹。