光子晶体及光子晶体光纤研究现状发展趋势

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1、光子晶体及光子晶体光纤研究现状发展趋势

2、第1lunouseg(this)">2、光子晶体光纤的导光原理按导光机理来说，PCF可以分为两类：折射率导光机理和光子能隙导光机理。2.1折射率导光机理周期性缺陷的纤芯折射率（石英玻璃）和周期性包层折射率（空气）之间有一定差别，从而使光能够在纤芯中传播，这种结构的PCF导光机理依然是全内反射，但与常规G.652光纤有所不同，由于包层包含空气，所以这种机理称为改进的全内反射，这是因为空芯PCF中的小孔尺寸比传导光的波长还小的缘故[3]。2.2光子能隙导光机理理论上求解光波在光子晶体中的本征方程即可导出实芯和空芯PCF的传导条件，即光子能隙导光理论。如

3、图2所示，光纤中心为空芯，虽然空芯折射率比包层石英玻璃低，但仍能保证光不折射出去，这是因为包层中的小孔点阵构成光子晶体。当小孔间距和小孔直径满足一定条件时，其光子能隙范围内就能阻止相应光传播，光被限制在中心空芯之内传输。最近有研究表明，这种PCF可传输99%以上的光能，而空间光衰减极低，光纤衰减只有标准光纤的1/2～1/4[4]。空芯PCF光子能隙传光机理具体解释为：在空芯PCF中形成周期性的缺陷是空气，传光机理是利用包层对一定波长的光形成光子能隙，光波只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播。虽然在空芯PCF中不能发生全内反射，包层中的小孔点阵结构起到反射镜的作用，使光在许多小孔的空气和石英

4、玻璃界面多次发生反射。500)this.style.ouseg(this)">当光束从介质1进入介质2时，光纤中光束传输常数β保持不变，如图3（a）所示；如果β≤n1k0，其中k0为真空波矢量。而β>n2k0，则光束只能在介质1中传输，而不能传输到介质2中，这就是全反射情况，如图3（b）所示[5]。3、光子晶体光纤的参数特性3.1空心光子晶体光纤空心光子晶体光纤中的光是在由周期性排列的硅材料空气孔围成的空心中传输。因为只有很少一部分光在硅材料中传输，所以相对于常规光纤来说，材料的非线性效应明显降低，损耗也大为减少。据预测，空心光子晶体光纤最有可能成为下一代超低损耗传输光纤，在不久的

5、将来，空心光子晶体光纤将广泛应用于光传输，脉冲整形和压缩，传感光学和非线性光学中。目前，已开发出多种商用空心光子带隙光纤，波长覆盖440nm~2000nm。3.2高非线性光子晶体光纤高非线性光子晶体光纤中的光是在由周期性排列的硅材料空气孔围成的实心硅纤芯中传输。通过选择相应的纤芯直径，零色散波长可以选定在可见光和近红外波长范围（670nm~880nm），使得这些光纤特别适合于采用掺钛蓝宝石激光或Nb3+泵浦激光光源的超连续光发生器[6]。Blazephotonics的光子晶体光纤非线性效应可达245.Zheltikov等人也进行了包层具有周期分布空气导孔的多孔光纤的研制。研究发现，改变多

6、孔光纤包层的几何结构，可有效地增强光纤中非线性效应[15]。这种方法可应用于脉冲压缩、光孤子的形成和受激拉曼散射的增强。2001年，英国Bath大学系统中将会具有极大的应用价值。2005年，英国Bath大学A.Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脉冲在PCF中产生了超连续谱，日本电报公司T.Yamamoto等人用波长1562nm、脉宽2.2ps、重复频率40GHz的光脉冲注入到200m长的色散平坦保偏PCF中，在1550nm区域产生了超过40nm的均匀超连续谱，而美国Rochester大学Z.M.Zhu等人利用丹麦CrystalFiberA公司低双折射、高非线性PCF获得

7、600～1000nm的超连续谱[20]。