光子晶体光纤和波导

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1、知识和进展3光子晶体光纤和波导刘思敏陈晓虎汪大云郭儒k南开大学物理科学学院光子学中心天津vsssztl摘要文章简述了光子晶体光纤和光子晶体波导的类型!导光原理及制作方法等o展示了近年来它们的进展及重要的应用前景q关键词光子晶体o光子晶体光纤o光子晶体波导ΠΗΟΤΟΝΙΧΧΡΨΣΤΑΛΦΙΒΕΡΣΑΝΔΩΑςΕΓΥΙΔΕΣ≥¬2¬±≤∞÷¬¤²2∏•¤2≠∏±∏kΠηοτονιχσΡεσεαρχηΧεντερoΠηψσιχσΧολλεγεοφΝανκαιΥνιϖερσιτψoΤιανϕινvsssztoΧηιναlΑβστραχτ•¨§¨¶¦µ¬¥¨√¤µ¬²∏¶·¼³¨

2、¶²©³«²·²±¬¦¦µ¼¶·¤¯©¬¥¨µ¤±§³«²·²±¬¦¦µ¼¶·¤¯º¤√¨ª∏¬§¨¶o·«¨³µ¬±¦¬³¯¨²©ª∏¬§2¬±ª¯¬ª«·¤±§°¨·«²§¶²©©¤¥µ¬¦¤·¬²±q¨¦¨±·§¨√¨¯²³°¨±·¶¤±§¬°³²µ·¤±·¤³³¯¬¦¤·¬²±³µ²¶³¨¦·¤µ¨µ¨√¬¨º¨§qΚεψωορδ󳫲·²±¬¦¦µ¼¶·¤¯o³«²·²±¬¦¦µ¼¶·¤¯©¬¥¨µo³«²·²±¬¦¦µ¼¶·¤¯º¤√¨ª∏¬§¨近年来o在光子晶体发展的基础上o人们提出了组成的q如果不同波长的光波具有不同的传播速度q≈t)v 光子晶体光纤的

3、新想法并得到了证明q其基本就会导致光脉冲展宽o从而丢失部分信息q如果光纤思想是}在二维光子晶体中引入一个/缺陷0作为光核心材料是无色散的o这种材料色散就不存在q纤的核心o它的光学性质不同于核心周围作为包层随着信息量的日益增大o要求光纤输入更多的的光子晶体材料q其目的是无光能损耗地将光陷获信息o则需要提高输入功率q但太大的功率又会引起在光纤核心中q光纤核心介质的非线性q如果能使核心的面积增大o传统的光纤通过全内反射机制导向光o因此它又能保证单模传输o这样既可提高输入功率o又不会要求光纤的核心必须具有高于周围包层的折射率q带来模式色散q这种光纤已经在光通信中起到了重要的作用

4、q它目光子晶体光纤就是基于传统光纤存在的以上问前存在的主要问题是光能损耗与色散q题而发展起来的q要了解光子晶体光纤o首先要了解在光纤长距离传输中o要求损耗尽可能少q光纤什么是光子晶体q中光能损耗主要来源于吸收损耗和散射损耗q前者pt光子晶体包括本征吸收和杂质k例如l引起的选择吸收~后者包括瑞利散射o光纤结构不完善和材料中缺陷引起的散射q人们从硅玻璃光纤的光学损耗和波长光子晶体是折射率在空间周期性变化的介电结的关系得到了在t1vΛ°和t1xxΛ°处有两个损耗极构o其变化周期是光波长数量级q它具有光子带隙o小值o作为光通信的两个窗口q目前在Κt1xxΛ°相应于光子带隙区域的

5、那些频率的光波不能在这种处o最低光损耗可达s1u§Π®°q因此o光信号在光纤晶体中传播o而被全部反射出去o这是因为折射率的中传输一段距离后便需要中继放大q周期性变化起到了多维衍射光栅的作用o由于布拉色散又分为模式色散!材料色散和结构色散q模格衍射偏转了光波的传播方向o这类似于÷射线通式色散可以由单模光纤来克服o结构色散比前两种3国家自然科学基金k批准号}y

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8、yz{st{oyssz{stvl资助色散小一个数量级o因此在单模传输中主要是材料项目色散起作用q光纤通信中光信号是由一个个光脉冲usstpstps{收到初稿ousstpsvpuv修回vs卷kusst

9、年ltt期#yzx#过一般晶体那样q光波被衍射的光谱区域相应于光一些概念o例如倒易空间!布里渊区o色散关系等都子晶体带隙的光谱宽度q后者又是由光子晶体结构可类似地应用于光学超晶格中光波的传播q光波矢的对称性决定的q并随折射率调制深度的增加而增与超晶格波矢之间的相互作用可以产生一些新的物加q理效应q实际上目前作为研究热点的准周期相位匹由电子能带理论知道o能隙是指在能量k或频配结构就是一维非线性光子晶体q通过这种材料结率lΕ与波矢κ的关系在布里渊区的边界上出现了构中的二次及高次谐波发生o已经产生了许多新的≈y 突变q这里波矢κ有两个含义}光波波长与光波方激光频率并观察到许多

10、新现象q预期光子晶体将向q这就是说o能隙不但与光子能量有关o还与光波对光通信k光子晶体光纤!光开关!光学双稳态lo构的方向有关q据此对光子晶体可以划分为两种不同造新型微腔激光器o控制光的传播路径o光学防护的能隙}一为完全能隙o即在所有的方向上都有能k光子限制器l以及信息处理等诸多方面的发展带来隙~二为不完全能隙o只在特定的方向上存在能隙q重大影响q从能隙出现处频率与周期的关系ΞχΠuαo可以推出不同波段内电磁波存在能隙所要求的介电结u光子晶体光纤≈w 构周期性的晶格长度αq例如o在微波波段oα应是毫米至厘米量级~在近红外到可见光波段oα应