空芯光纤（HCF）因多模特性限制了其在高速相干通信和光纤陀螺等领域的应用，亟需在短光纤长度内高效滤除高阶模（HOM）。然而，现有设计难以同时实现超低基模（FM）损耗与超高HOM抑制。
下面的论文提出一种四倍截断双嵌套无节点反谐振空芯光纤（4T-DNANF），通过精准调控纤芯模与包层空气模的相位匹配，显著降低FM损耗并大幅提升HOM损耗。
传统5-DNANF依赖第二包层气隙（图1a绿色区域）抑制HOM，但需牺牲反谐振效应，导致基模损耗与模式纯度之间存在权衡。
4T-DNANF创新性地对四根大直径包层玻璃管实施120°截角处理（图1b），其核心目的有二：
- 缩小微结构直径（延续五倍截断设计思路）；
- 阻断相位匹配通道：防止管间间隙后方空腔模与纤芯基模发生相位匹配，该匹配会使损耗骤增>10倍。
图1:（a）5-DNANF、（b）4T-DNANF的横截面.
仿真表明（图2b），当第一包层气隙厚度比 Z1/Rcore=0.96时，LP11模与邻近纤芯的第一气隙模耦合，使HOM抑制比（HOMER）达 3.2×105，同时基模限制损耗（CL）低于0.01 dB/km。相比之下，5-DNANF在类似条件下（图2a）因中层玻璃管尺寸被迫缩小（Z2/Rcore=0.22），基模损耗升至0.5 dB/km。
图2，(a)(b)FEM模拟了LP01（黑色）、LP11（红色）芯模
为提升制备可行性，研究进一步探索放宽管间间隙至7 μm的设计（图3）。
图3：具有较大间隙的4T-DNANF
仿真如图4所示：
图4 仿真
表明：
- 当 Z1/Rcore=0.4∼0.8时：CL < 0.04 dB/km 且 HOMER ≈ 104;
- 当 Z1/Rcore=0.8∼1.0时：CL = 0.04 \sim 0.15 dB/km 且 HOMER > 104。
此设计将容许间隙从5.4 μm（5-DNANF）扩至7.6 μm（下图5黑线），显著降低拉丝断裂风险，为后续实验制备奠定基础。
图5：限制损耗(CL)曲线和有效折射率分布图
上图左边所示结构是最小可实现限制损耗(CL)曲线：黑色曲线表示固定纤芯半径与玻璃壁厚条件下，CL随管间间隙尺寸的变化关系；蓝色曲线表示固定玻璃壁厚且间隙尺寸线性缩放时，CL随纤芯半径的变化关系。
右侧图是纤芯LP_{01}/LP_{11}模式（黑/红色）、第一包层气隙LP_{01}模（蓝色）、第二包层气隙LP_{01}模（绿色）的有效折射率分布，及其对应的线性坐标模场强度分布(|E|)。
实验制备的五组光纤（图6a-e）验证性能调控灵活性：
图6a-e：(a)-(e) 五组制备的4T-DNANF光纤扫描电子显微镜（SEM）图像
- 光纤#1（Z1/Rcore=0.65，7 μm间隙）：基模损耗0.10±0.02dB/km， LP11 模损耗0.43 dB/m（HOMER≈4,300）
- 光纤#2（Z1/Rcore=0.72）：基模损耗0.15±0.02dB/km，LP11损耗1.2 dB/m（HOMER≈8,000）；
- 光纤#3（Z1/Rcore=0.79）：基模损耗0.17±0.03dB/km，LP11模损耗2.1 dB/m（HOMER≈12,400）；
- 光纤#4（Z1/Rcore=0.83）：基模损耗0.19±0.03dB/km，LP11模损耗3.8 dB/m（HOMER≈20,000）；
- 光纤#5（Z1/Rcore=0.88，7 μm间隙）：基模损耗0.13±0.01dB/km，LP11模损耗6.5 dB/m（HOMER=50,000）——创纪录值。
表：5组光纤的结构参数
五组数据揭示 Z1/Rcore与模式纯度的强正相关性（图7）：该参数从0.65增至0.88时，HOMER提升超10倍，而基模损耗增量仅0.03 dB/km（#1 vs #5），证明通过第一包层气隙强化耦合的策略有效性。
图7：在1540-1560 nm范围内测量的LP01和LP11模式的平均损耗，以及相应的HOMER
4T-DNANF的协同优势：
- 小纤芯兼容性：纤芯半径8 μm时，CL比5-DNANF低1–2量级;
- 工艺鲁棒性：7.6 μm间隙容差（对比5-DNANF的5.4 μm）降低制备难度;
- 光学性能：C波段色散2–4 ps/nm/km；8 cm弯曲半径300圈无显著损耗.
该设计的物理本质在于包层空气腔的双重作用，既是反谐振导光结构组成部分，又是HOM选择性滤除器。
四倍截断构型通过精确调控气隙尺寸，突破传统多模限制，为长距离通信与高精度传感提供新解决方案。未来将聚焦预件件除气（消除CO₂吸收峰）、微弯损耗抑制（优化涂层刚度）及表面散射控制，逼近0.002 dB/km理论极限。
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