光子晶体光纤的特性、应用和发展

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1、科技视野决策管理Policy&Management光子晶体光纤的特性、应用和发展前景◇　陈　　波摘要：　光子晶体光纤独特的结构和导模机制使其具备许多普通光纤不具备的优异特性。文章简要介绍了ＰＣＦ　的原理，分析了其重要特性以及应用，探讨了目前存在的问题和ＰＣＦ发展前景。关键词：光通信　　光子晶体光纤　　色散　　非线性１９９２年，ＳＴ．Ｊ．Ｒｕｓｓｅｌｌ　等人将光子晶体的概念引入到光纤中，提出了光子晶体光纤（简称ＰＣＦ）的概念，１９９６年，Ｊ．Ｃ．Ｋｎｉｇｈｔ在ＯＦＣ上报道了第一个ＰＣＦ样品。ＰＣＦ是由单一材料和周期性排列其中的沿轴向均匀的空气孔

2、构成的新型光纤，其空气孔的直径为波长量级。按照导光机理可将ＰＣＦ分为两类：光子带隙型（ＰＢＧ）和全内反射（ＴＩＲ）型ＰＣＦ。本文分析了ＰＣＦ的一些重要特性和相关应用，　探讨了目前存在的问题和ＰＣＦ发展前景。一、光子晶体光纤的特性及相关应用光子晶体光纤的结构特点决定了它具有许多普通光纤不具备的的性质，如支持宽波长范围单模传输，模场面积、色散的极大可控性，易于实现双折射等等。这些特性预示着它将会有广阔的应用前景。（一）全内反射型ＰＣＦ的特性与应用１、无休止单模传输特性。ＴＩＲ型光子晶体光纤最引人注目的特点就是无休止单模特性，是指合理设计的ＰＣＦ可以

3、在近紫外到近红外波段内维持单模传输。美国贝尔实验室的研究结果表明［３］，光子晶体光纤可以在５００ｎｍ～１６００ｎｍ范围内保持单模传输，对光纤弯曲和扭转都不能激发高阶模，而且光纤对直径小于０．５ｃｍ的弯曲损耗都不敏感。这种单模工作波段的扩展为未来波分复用系统增加信道数提供了充足的资源。２、模场有效面积可控特性。对于传统光纤，要实现较小或较大的有效模场面积，需要对光纤的折射率分布作非常复杂的设可以将ＸＭＬ技术框架分为三个大部分：（一）ＸＭＬ结构：包括ＸＭＬ语法和ＸＭＬ基本概念，是ＸＭＬ最基本的东西，也就是描述ＸＭＬ是什么，怎么写，有什么特征。ＤＴＤ

4、和ＸＭＬ　Ｓｃｈｅｍａ是ＸＭＬ的结构描述技术，ＸＭＬ本身是一个结构性的描述语言，但是其并没有描述和约束数据结构的技术，因此便有ＤＴＤ和Ｓｃｈｅｍａ对其补充。简单地说，ＸＭＬ是包装数据的，而ＤＴＤ和Ｓｃｈｅｍａ是描述数据和数据结构的。另外Ｓｃｈｅｍａ比ＤＴＤ有更完整的描述特性，当然Ｓｃｈｅｍａ也并不是完美的。（二）ＸＭＬ处理：这部分的技术架构及关系比较复杂。简单地说它包括各种领域下对ＸＭＬ的操作技术。比较典型的有ＸＭＬＤＯＭ，ＸＰａｔｈ，ＳＡＸ，ＸＭＬＲｅａｄｅｒ等。ＸＭＬ　ＤＯＭ和ＨＴＭＬ的ＤＯＭ类似，就是通过对象模型来描述ＸＭＬ文档的结构，是

5、一种把ＸＭＬ文档结构映射成对象结构的技术。ＸＰａｔｈ是ＸＭＬ文档查找技术，通过使用ＸＰａｔｈ特定的描述语法，能快速定位ＸＭＬ文档内容。ＳＡＸ和ＸＭＬＲｅａｄｅｒ都是使用流式操作ＸＭＬ文档的技术。上面的技术在ＤｏｔＮｅｔ的ｆｒａｍｅｗｏｒｋ内都提供了支持。（三）ＸＭＬ转换：包括ＸＳＬ和ＣＳＳ，它们的作用是把ＸＭＬ文档转换成其它形式。其它形式有很多，比如显示形式。显示形式简单地说，就是使用转换技术把一份ＸＭＬ文档在浏览器或者其它浏览工具中按照特定格式显示出来。ＸＳＬ是ＸＭＬ转换技术的一个体系，其中2009.No15５８计，对工艺的要求较高。而ＰＣ

6、Ｆ的有效面积极大地依赖于它的结构参数，在波长为１．５５μｍ处面积可调范围在１～８００μｍ２。而且ＰＣＦ的制作方法可以使我们很容易地改变ＰＣＦ的结构参量，从而根据需要实现极高或极低的模场有效面积。增大ＰＣＦ的空气填充比，减小芯径，可以降低ＰＣＦ的有效模场面积，从而增大纤芯截面上单位面积的光功率密度，结合ＰＣＦ独特的色散特性，可使光纤在传输时易于产生自相位调制、交叉相位调制、三阶谐波发生、四波混频、喇曼散射等非线性效应，利用ＰＣＦ的高非线性效应，可制作符合ＤＷＤＭ全光通信网要求的全光开关、光波长转换器、全光２Ｒ再生器等多种器件，还可以为许多量子通信

7、系统提供纠缠光子源。普通光纤器件实现同样的功能其光纤长度一般在百米量级，而利用强非线性ＰＣＦ可以降低到米甚至厘米量级。３、色散可控特性。ＰＣＦ的色散特性强烈依赖于包层空气孔的尺寸、形状和排列，据此可方便地设计ＰＣＦ的色散量。已报道的高负色散系数、宽波段补偿的ＰＣＦ，在１５５０ｎｍ处其色度色散系数最高可达？２０００　ｐｓ／（ｋｍ？ｎｍ），为普通ＤＣＦ的２０倍，并且当这种ＰＣＦ的色散系数为？６８０ｐｓ／（ｋｍ？ｎｍ）时，可在波长为１５００～１６００ｎｍ范围内获得极为平坦的色散斜率补偿（１００±０．２％），几乎覆盖了整个Ｃ、Ｌ波段和部分Ｓ波段，在ＤＷ

8、ＤＭ系统中有极大的应用价值。利用光子晶体光纤包层的特殊结构，适当增大气孔直径可使零色散点向短波方向移动。已经有零色散点在７００ｎｍ附近ＰＣＦ的报道，由