制造的气体填充空芯光纤相位调制器的示意图（a）和照片（b）。(c) 测量的损耗光谱和(d)相位调制器的瞬态响应。资料来源：《光电子学进展》（2022）。DOI: 10.29026/oea.2023.220085

光相位调制器是光通信、传感和信号处理系统中的关键部件。全光调制器，通过控制光束来调制光信号的相位或强度，已经引起了很多研究兴趣。信号束的相位由控制光束而不是电子信号控制，这就避免了光链路中的电光转换，使其在原则上突破了 "电子瓶颈"。

已报道的全光相位调制器主要是基于二维材料涂层的光波导。通过波导蒸发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，信号光束被控制光束所调制。

克尔效应可以实现快速调制，但可实现的相位调制受蒸发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实现较高的相位调制，但也会导致损耗增加。光热效应使相位调制大于π。

然而，这些相位调制器通常具有较高的插入损耗和较窄的波段，受限于低维材料的吸收和不完善的沉积，并且由于热传导过程，响应时间长达数毫秒。虽然已经研究了很多低维材料，但离实际使用还有很大差距。开发具有低损耗、宽波段、快速响应的新型全光相位调制器对于促进全光技术的发展至关重要。

光电子进展》上的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相位调制器。在空心光纤中，大部分的光模式功率在空心中传播，不受固体光纤材料的吸收。这使得从紫外线到中红外的极宽的低损耗传输成为可能，除了几个狭窄的谐振损耗带之外。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芯中，为长距离的强光-气体相互作用提供一个理想的平台。

我们制作了一个全光相位调制器，在C+L波段内插入损耗约为0.6dB，在100kHz时半波功率约为289mW。它的响应时间为μs级，比基于二维材料涂层的微纤维全光调制器好2-3个等级。由于热传导过程的内在限制，用这种方法实现超过1MHz的调制带宽是相当有挑战性的。

它可能在基于光纤干涉仪的相位解调系统中具有很好的应用前景，特别是在恶劣环境和远程应用中，以及在不需要很高调制带宽的全光纤主动Q开关激光器中。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，这对用固态材料实现是相当有挑战性的。