光子晶体发展及种类
光子晶体国外发展现状
光子晶体国外发展现状
光子晶体是一种具有周期性结构的光子材料，由于其具有光子禁带结构和光子导波效应，在光通信、传感和光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
以下将介绍光子晶体在国外的发展现状。
在国外，光子晶体的研究和应用已经取得了很大的进展。
美国、日本和欧洲的一些研究机构和大学在光子晶体领域进行了深入的研究，并取得了许多重要成果。
在光通信领域，研究人员利用光子晶体的光子禁带结构和光子导波效应，开发出了一系列光子集成器件。
其中包括基于光子晶体波导的光开关、光调制器和光放大器等。
这些器件具有小尺寸、低损耗和高速度等优势，可以实现高容量和高速率的光通信系统。
在光传感领域，光子晶体具有优异的传感性能。
研究人员通过改变光子晶体的结构和材料，将光子晶体应用于气体传感、生物传感和化学传感等领域。
例如，利用光子晶体结构的反射光谱特性，可以实现对微小气体浓度变化的高灵敏度检测。
此外，光子晶体还在光子学器件、光子芯片和光子集成系统等领域得到了广泛应用。
研究人员通过光子晶体的设计和制备，可以实现复杂的光子器件和光子芯片结构，从而实现光信号的处理和控制。
总之，光子晶体在国外的发展取得了显著进展，在光通信、传感和光电器件等领域具有广泛的应用潜力。
随着技术的不断进
步和研究的深入，相信光子晶体将在未来发展中发挥更重要的作用。
光子晶体光学器件类型及应用展望
光子晶体光学器件类型及应用展望光子晶体是一种由周期性变化的折射率构成的光学材料，具有特殊的光学性质和结构。
光子晶体光学器件以光子晶体为基础，通过控制光的传播和相互作用，实现对光的控制和调制，因此在光通信、光传感、光电子、光计算等领域有着广泛的应用前景。
光子晶体光学器件类型可以分为两大类：光子晶体波导和光子晶体谐振腔。
光子晶体波导是利用光子晶体的周期性结构和光学性质，将光能沿特定方向传输的光学器件。
它可以实现光的传导、耦合和分光等功能，是光通信和光集成电路中重要的组成部分。
光子晶体波导具有低损耗、高耦合效率和大带宽等优点，能够在微米尺度上实现高速传输和高集成度。
例如，光子晶体光纤是一种基于光子晶体的波导结构，具有超低损耗和超高灵活性，已被广泛用于高速光通信和高密度光通信系统。
光子晶体谐振腔是一种用于增强光场强度和储存光能的器件。
它利用光子晶体的周期性结构和光学共振效应，在特定波长处形成特定的光场模式，实现对光的选择性储存和放大。
光子晶体谐振腔具有高品质因子、高传输效率和高非线性效应等优点，可以用于实现低阈值激光器、高效率光放大器和高灵敏度传感器等。
例如，光子晶体微球是一种基于光子晶体的谐振腔结构，其特殊的光学性质和优异的谐振特性使其成为微型激光器、光谱传感器和量子光学实验的重要平台。
光子晶体光学器件具有广泛的应用前景。
在光通信领域，光子晶体波导可以用于实现高速光通信、高密度光通信和光集成电路等，为下一代光通信系统提供了新的解决方案。
在光传感领域，利用光子晶体谐振腔的高灵敏度和高选择性，可以实现高灵敏度的光传感器和多功能生物传感器，具有重要的生物医学和环境监测应用价值。
在光电子和光计算领域，光子晶体光学器件的高速传输和高集成度特性，为光电子器件和光计算器件提供了新的发展方向，有望提升系统的运算速度和数据处理能力。
然而，光子晶体光学器件目前仍面临一些挑战。
首先，制备光子晶体材料需要高精度的加工技术和复杂的制造过程，仍存在成本和可扩展性等问题。
光子晶体发展及种类
光子晶体及光子晶体光纤的研究现状与发展趋势摘要：光子晶体光纤（PCF）由于具有传统光纤无法比拟的奇异特性，吸引了学术界和产业界的广泛关注，在短短的十年内PCF的研究取得了很大的进展。
本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF的发展以及最新成果。
关键词：光子晶体光子晶体光纤光子晶体光纤激光器1、前言光子晶体光纤（photoniccrystalfiber，PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。
这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。
独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF 与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域[1]。
在光纤激光器这一领域内，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。
以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显着改善。
近年来，国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作[2]。
目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。
本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF的发展以及最新成果。
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。
光子晶体技术的研究进展与应用前景
光子晶体技术的研究进展与应用前景光子晶体是指在纳米尺度的范围内，通过控制材料的晶格结构使得电磁波的传输特性发生改变的一种新型材料。
随着纳米技术的不断发展和进步，光子晶体技术也在不断地被研究和应用。
其应用领域包括光电子学、光信息处理、基础研究等众多领域，其前景非常广阔。
一、光子晶体的基本原理光子晶体是由空气或其他物质的等间距排列的球形或柱形结构组成。
其特点是具有周期性结构，制备时要求每个元部件的大小和位置要满足一定的限制。
在光子晶体中，当光子的波长和晶格常数具有相同的数量级时，发生Bragg衍射。
由于光子晶体的等间距排列结构和Bragg衍射的原理，使得其具有优异的光学性能。
因此，光子晶体被应用在许多领域中，如光电子材料、光信息处理、生物医学等领域。
二、光子晶体的应用1.光子晶体的应用于太阳能电池光子晶体能够有效地控制光子的传输，这使其成为一个理想的材料用来提高太阳能电池的效率。
通过将光子晶体嵌入到太阳能电池中，可以增强太阳能电池的吸收效率，提高太阳能电池的转换效率。
事实上，研究发现，将光子晶体嵌入到太阳能电池中，其转换效率可以提高约30%。
因此，光子晶体在太阳能电池中的应用是非常有前途的。
2. 光子晶体的应用于生物医学光子晶体能够通过改变光子的波长，来识别某种特定的生物大分子，例如蛋白质和DNA等。
这一特点使得光子晶体在生物医学领域中的应用具有很大的潜力。
例如，可以使用光子晶体来制备高灵敏的生物传感器，以检测某种特定的生物分子。
此外，光子晶体还可以用于制备药物传输系统，以实现精准治疗。
由于其在生物医学领域的广泛应用，光子晶体技术已经逐渐成为了当今生物医学领域的热门研究课题。
3.光子晶体的应用于光纤通信光子晶体能够通过调整光子的传输效应来控制光纤中的波导，并且能够使波导具有更好的光学性能。
这使光子晶体成为一种理想的材料，用于光纤通信中的波导制备。
实际上，光子晶体在现代光纤通信网络中已经开始得到广泛的应用。
光子晶体制造中的前沿技术与趋势分析
光子晶体制造中的前沿技术与趋势分析光子晶体是一种具有特殊性质的材料，它能够控制光的传播，从而实现光的操控。
随着科技的不断发展，光子晶体制造技术也在不断进步，并呈现出一些前沿技术和趋势。
一、光子晶体的制造技术目前，光子晶体的制造技术主要包括微纳加工技术和薄膜制备技术。
微纳加工技术主要是通过在硅片上制作微纳结构，从而实现对光的操控。
薄膜制备技术则是通过物理或化学方法制备光子晶体薄膜，从而实现大面积、高精度的光子晶体制造。
二、前沿技术1. 光子晶体自组装技术：自组装技术是一种新型的纳米制造技术，它能够在纳米尺度上实现对材料的自我组装。
这种技术可以实现大面积、高精度的光子晶体制备，具有广阔的应用前景。
2. 光子晶体三维结构制造技术：三维结构光子晶体可以实现对光的全方向控制，因此具有更广泛的应用前景。
目前，研究者们正在研究如何利用三维打印技术、激光烧蚀等技术制造三维结构光子晶体。
3. 光子晶体与量子点的复合制造技术：量子点是一种具有特殊性能的纳米材料，它可以与光子晶体结合，实现更精确的光操控。
目前，研究者们正在研究如何将量子点与光子晶体复合制造，从而开发出更高效、更精确的光子器件。
三、趋势分析1. 规模化制造：随着技术的不断进步，光子晶体的制备将逐渐实现规模化制造，从而满足大规模应用的需求。
2. 智能化控制：未来，光子晶体的制造将更加智能化，通过引入人工智能技术，实现更精确的光操控。
3. 多功能化：光子晶体将逐渐实现多功能化，不仅可以用于光操控，还可以与其他材料结合，实现更广泛的应用。
总之，光子晶体制造中的前沿技术和趋势分析表明，未来光子晶体将在更多领域得到应用，并成为未来科技发展的重要方向之一。
光子晶体国外发展现状
光子晶体国外发展现状光子晶体（Photonic Crystals）是一种特殊的结构材料，其具有周期性调制的折射率分布。
这种结构能够控制光的传播行为，包括光的反射、折射、透射等。
因此，光子晶体在光学传感、光电子器件以及光通信等领域具有广泛应用前景。
近年来，光子晶体的研究和发展在国外取得了一系列重要的进展。
首先，国外研究机构和高校普遍开展了光子晶体的制备和表征的工作。
这些机构和高校不仅拥有先进的实验设备，还聚集了由光子晶体领域的知名学者和研究人员组成的团队。
通过合理设计和优化，他们成功地制备了一系列具有优异性能的光子晶体材料，包括二维和三维的光子晶体等。
同时，他们还采用各种表征技术对其进行了深入的研究，并通过实验结果验证了光子晶体的特殊光学性质。
其次，国外研究人员对光子晶体的应用领域也进行了广泛的探索。
光子晶体在光电子器件方面的应用是其中的一个重要方向。
国外的研究人员通过光子晶体的调制控制性质，实现了多种多样的光电子器件的设计和制备。
例如，利用光子晶体结构，可以制备出高效率的太阳能电池、高灵敏度的光传感器、高速数据传输光纤等。
此外，光子晶体还被用于实现光通信和光存储等领域的技术突破。
光子晶体在这些领域的应用不仅提高了光学设备的性能，还为未来光电子领域的发展提供了新的思路和方向。
此外，国外的研究人员还通过理论模拟和计算仿真深入探索了光子晶体的物理特性。
基于微观电动力学理论和光学传输方程，他们对光子晶体的光学性能进行了精确的分析，并提出了一系列新的概念和理论模型。
通过这些理论模型，科学家们进一步理解了光子晶体中的光学行为，并预测了一些新的光学现象。
这些理论和模型为光子晶体及其应用的研究提供了重要的理论指导和基础。
总的来说，光子晶体的国外发展现状表明，其在光学领域具有广泛的应用前景，并且已经取得了一系列重要的研究成果。
然而，目前仍存在一些挑战，例如光子晶体的制备技术仍然较为复杂和昂贵，以及光子晶体的控制能力和光学响应性能仍然有待提高。
光子晶体分类
光子晶体分类光子晶体是一种具有周期性结构的材料，它的晶格周期与光波的波长相当，因此可以对光波进行调控和控制。
光子晶体的研究是光学领域的一个重要课题，也是材料科学和光电子技术的前沿领域之一。
根据光子晶体的不同特性和应用，可以将其分为三类：一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体。
一维光子晶体是指具有一维周期结构的光子晶体。
它由周期性交替排列的高折射率和低折射率材料组成。
在一维光子晶体中，光波在垂直于周期方向的传播受到限制，只能在特定的频率范围内传播。
一维光子晶体具有禁带结构，可以通过调节周期或改变材料的折射率来调控禁带的位置和宽度。
一维光子晶体的应用包括光纤通信、光学传感和光子集成电路等。
二维光子晶体是指具有二维周期结构的光子晶体。
它由周期性排列的高折射率和低折射率材料组成，形成了一个平面上的周期性结构。
二维光子晶体具有二维布里渊区，可以通过控制布里渊区的大小和形状来调控光波的传播和散射。
二维光子晶体具有丰富的光学性质，如光子带隙、光学导波和光学共振等。
二维光子晶体的应用包括光学传感、光电子器件和光学器件等。
三维光子晶体是指具有三维周期结构的光子晶体。
它由周期性排列的高折射率和低折射率材料组成，形成了一个立体的周期性结构。
三维光子晶体具有三维布里渊区，可以在整个光谱范围内形成光子带隙。
光子带隙是指光波在特定频率范围内不能传播的现象，类似于电子在晶体中的能带隙。
利用光子带隙的特性，可以实现光学滤波、光学存储和光学信息处理等应用。
除了以上三类光子晶体，还有一些特殊类型的光子晶体，如非线性光子晶体、拓扑光子晶体和光子晶体波导等。
非线性光子晶体是指具有非线性光学性质的光子晶体，可以实现光学调制和频率转换等功能。
拓扑光子晶体是指具有拓扑性质的光子晶体，可以实现无损传输和边缘态传输等特殊功能。
光子晶体波导是指在光子晶体中形成的光波导道，可以实现光的传输和耦合等功能。
光子晶体的研究不仅具有基础科学意义，还具有重要的应用价值。
光子晶体技术的进展与应用
光子晶体技术的进展与应用科技的发展永远都是一步步地向前推进，而光子晶体技术也是其中的一种重要的技术手段。
这种技术的广泛应用已经改变了人们的生活和工作方式，并在许多领域取得了突破性的进展。
本文将探讨光子晶体技术的进展和应用。
一、光子晶体技术的原理光子晶体是一个具有周期性折射率的结构，它能够限制和控制光的行为。
光子晶体在物理学和光学领域中已经得到广泛的应用。
这种具有周期性结构的材料可以产生光的布拉格散射，这种散射能够在光子带隙处强化；同时，光子晶体还可以产生多种光学现象，如干涉、透射、折射等等。
因此，光子晶体得到了人们的广泛关注和研究。
二、光子晶体技术的应用1. 光子晶体在光通信领域的应用光子晶体的优秀光学性能使得它在光通信领域中得到了广泛的应用。
在通信领域，光子晶体可以用作滤波器、耦合器、反射器等组件。
同时，光子晶体还可以用来提高光学器件的性能、降低光损耗和提高通信带宽等。
因此，光子晶体的应用将会在光通信领域产生革命性的变化。
2. 光子晶体在生物医学领域的应用光子晶体可调谐滤波器和传感器的特性使其在生物医学领域中得到了广泛的应用。
它可以用来测量细胞、组织和器官等的光学性质，以便更好地了解这些物质的特性。
此外，光子晶体还可以用作生物标记物的检测和分析。
这些应用对于生物医学研究和医学诊断有重要的意义。
3. 光子晶体在环境检测领域的应用光子晶体的多种光学性质使其在环境检测领域中成为了一个重要的工具。
光子晶体可以敏感地反应环境的化学、物理和生物变化，例如温度、湿度、PH值、体积等。
这些测量可以用来监测环境污染、气候变化和天然灾害等，以控制和保护我们的环境。
4. 光子晶体在能源领域的应用光子晶体在太阳能电池、LED等能源应用领域中有着广泛的应用。
通过调节光子晶体材料的结构，可以控制能源材料中光的散射和吸收，从而提高能源的转化效率和功能。
此外，光子晶体还可以用作高效的光电器件，包括太阳能器件和LED。
三、光子晶体技术的发展前景光子晶体技术的应用范围越来越广泛，未来光子晶体技术也将会在各个领域取得更大的进展。
光子晶体材料与器件的研究与发展
光子晶体材料与器件的研究与发展随着科技的不断进步，精密加工技术和微纳米技术日趋完善，光子晶体材料与器件的研究与发展逐渐成为光学界的热门话题。
光子晶体是一种结构具有光子带隙的周期性光学材料，它在光学通讯、储存、显示等领域具有广泛的应用前景。
一、光子晶体的基本概念光子晶体又称为光子带隙材料，是指一种由有序微结构单元所组成的具有周期性的折射率分布的材料。
由于它的结构具有等效的光学性质，可以产生能量与频率之间的显著相互作用，从而产生了光子带隙和光子晶体慢光现象。
光子带隙是指由结构周期性体积折射率的改变所产生的光禁带，即特定光波长无法通过此材料。
这样，就可以通过光子晶体来过滤某些光波长，改变光的传播性质，从而实现对光的控制与调制。
二、光子晶体材料的发展历程光子晶体材料的研究起源于20世纪80年代，最初只是以理论研究为主，但随着技术的进步，人们相继在实验中制备出了具有光子禁带效应的人工周期性材料，因而光子晶体材料的研究进入了实验阶段。
在90年代初，随着光子晶体传输和光子晶体放大的研究逐渐深入，其在光通信方面的应用逐渐得到认可。
随着材料学和加工技术的不断发展，光子晶体材料的制备原理，加工水平和性能指标得到了显著提高，进一步推动了光子晶体材料和器件的研究与发展。
现在，光子晶体材料已经成为一种重要的功能材料，应用范围也越来越广泛。
三、光子晶体材料和器件的应用1、光子晶体光纤光子晶体光纤是新一代通讯中心应用的重要组成部分。
光子晶体光纤具有较大的光子带隙宽度、低损耗的传输能力和大动态范围的调制能力，对于光通信的长距离传输和调制具有重要的应用价值。
2、光子晶体慢光器件光子晶体慢光器件可以更好地控制和调制光信号。
这种器件能够延长光在光子晶体内的时间滞后，使光在材料内的速度减慢，从而减少了材料中的光损耗，并增强了信号传输的稳定性和精度。
这样，光子晶体慢光器件常被用作光调制器、光放大器、光开关等光学减速器。
3、光子晶体二极管光子晶体二极管（PCD）可以用作全光开关、光控调制器等。
光子晶体材料的发展与应用前景
光子晶体材料的发展与应用前景随着人类现代科技的不断进步，人们也在不断地寻求更好、更先进的材料。
光子晶体材料便是其中一种备受关注的材料，它能够自行调控光的传播，具有很高的效率和优越的光学性能，因此备受关注。
在本文中，我们将会探讨光子晶体材料的发展历程和潜在的应用前景。
1. 光子晶体材料的起源在1990年代初期，光电子学领域出现了一项引人注目的技术，即用光子晶体材料构建二维和三维微球结构。
光子晶体材料最初应用于制备高效率的LED和其他光电子器件。
这是由于它们具有独特的光学性质，可以自行修正和控制光的波长和极化方向，从而提高了光电子器件的性能。
自那以后，人们钻研和探索了光子晶体材料性质的应用，发现它们在电子技术、量子光学、量子计算、热学、变色效应等领域具有巨大的应用前景。
2. 光子晶体材料的发展在过去的二十年中，人们发展了许多方法来制备光子晶体材料，如自组装方法、光刻、原子层沉积、离子束辐照、等离子体刻蚀等。
这些方法大大拓宽了光子晶体材料的应用范围，促进了光子晶体材料的性能优化。
自组装方法基于通过结晶等化学反应在有定向的三维空间内检测到的认识。
这些反应可以通过在光子晶体材料表面上形成孔，从而增加光子晶体的反射。
相比之下，用于制备光子晶体的其他方法更加复杂。
这些方法要求将光子晶体材料的生长精确控制在数纳米范围内。
因为光子晶体材料的大小对其形成的光学特性有着重要影响。
在目前的光子晶体研究中，人们更注重使用新的方法来制备这种材料。
蛋白质机组装和生物学等研究领域的相关进展，可以用于制备具有复杂形态和复杂微结构的光子晶体材料。
工厂“生产线”也已经建立起来，使得制备大量的光子晶体材料成为可能。
3. 光子晶体材料的应用除了在光电子器件中的应用，光子晶体材料在生物成像、化学传感器、药物输送等领域的应用也越来越广泛。
3.1 生物成像光子晶体材料的高效反射特性使得它们成为了很好的生物标记物。
在雷射或者不同波长的可见光作用下，它们可以产生微弱的荧光，这可以让人们在显微镜下对生物样品进行高清观察。
光子晶体与光波导
光子晶体与光波导光子晶体与光波导是光子学领域中两个关键概念，它们在光学器件的设计与应用中具有重要作用。
光子晶体是一种具有周期性折射率分布的材料，它通过光子之间的布拉格散射来调控光的传播。
而光波导则是一种用于在光学器件中引导光传播的结构。
一、光子晶体光子晶体是一种周期性变化折射率的材料，其结构类似于晶体学中的晶格。
它通过周期性的折射率分布，在特定的频率范围内形成禁带（光子禁带），使禁带内的光无法传播。
而禁带之外的光则可以在光子晶体中传播。
光子晶体可以根据其周期性分布的不同，分为一维、二维和三维光子晶体。
1. 一维光子晶体一维光子晶体是最简单的光子晶体结构。
它具有周期性的折射率变化，常见的例子是光纤光栅。
一维光子晶体通过周期性的折射率变化，可以在特定的频率范围内抑制光的传播，形成光子禁带。
这使得一维光子晶体在光滤波、光调制和光传感等领域中得到广泛应用。
2. 二维光子晶体二维光子晶体是由周期性排列的柱状或球形结构组成的。
它的周期性分布使得特定频率的光无法传播，形成二维光子禁带。
二维光子晶体可以通过调控结构尺寸和材料折射率来改变光子禁带的频率范围。
二维光子晶体在激光器、光波导和光传感器等领域中有着重要的应用。
3. 三维光子晶体三维光子晶体是一种具有立体结构的光子晶体，可以在三个空间方向上调控光的传播。
它通过周期性的结构分布，形成三维光子禁带，具有非常广阔的应用前景。
三维光子晶体在光学传感、激光器、全息成像等领域中发挥着重要的作用。
二、光波导光波导是一种用于引导光传播的结构。
它可以将光能量从一个地方传输到另一个地方，实现光的灵活控制和调制。
常见的光波导结构包括平板波导、光纤波导和光子晶体波导。
1. 平板波导平板波导是一种将光能限制在一个平面内传播的波导结构。
它通常由两个具有不同折射率的材料层组成，利用折射率的差异来引导光传播。
平板波导广泛应用于光通信和光集成电路等领域。
2. 光纤波导光纤波导是一种利用光纤结构传输光能的波导结构。
2022-2023学年高二物理竞赛课件：光子晶体的分类及结构
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▫ 以上的理论结果很好地说明了一维光量子阱结构的实现方法和类半导 体量子阱的性质，但在实验实现上有难度，因为在一维光子晶体结构 中不可能有一层为空气(介电常数为1)。为解决这一问题可引入不完全 约束光量子阱的模型，并可用多孔硅材料实现可见光波段的一维光量 子阱结构。
9
▫ 选择多孔硅材料的原因是其易于制备。对于多孔硅材料而言，不同的 多孔度对应于不同的折射率，而多孔度主要由腐蚀液和腐蚀的电流密 度来决定，因此在向下腐蚀硅基片时，可通过简单地变化电流密度和 腐蚀时间来获得不同折射率和厚度的一维周期结构，从而得到一维的 量子阱特性。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ• 二维光子晶体
▫ 二维光子晶体是指在二维空间各方向上具有光子频率禁带特 性的材料，它是由许多介质杆平行而均匀地排列而成的。这 种结构在垂直于介质杆的方向上介电常数是空间位置的周期 性函数，而在平行于介质杆的方向上介电常数不随空间位置 而变化。
▫ 由介质杆阵列构成的二维光子晶体的横截面存在许多种结构， 如矩形、三角形和六边形结构。横截面形状不同，获得的光 子频率禁带宽窄也不一样。矩形的光子频率禁带范围较窄， 三角形和石墨结构的光子频率禁带范围较宽。
光子晶体的分类及结构
光子晶体的分类及结构
• 光子晶体的分类及结构
▫ 通常光子晶体按其结构可 分为三类，即一维光子晶 体、二维光子晶体和三维 光子晶体，图14为一、二、 三维光子晶体结构示意图。
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3
• 一维光子晶体
▫ 一维光子晶体是指在一个方向上具有光子频率禁带的 材料，它由两种介质交替叠层而成。这种结构在垂直 于介质片的方向上介电常数是空间位置的周期性函数， 而在平行于介质片平面的方向上介电常数不随空间位 置而变化。
光子晶体国外发展历程
光子晶体国外发展历程光子晶体是一种可以对光进行精确控制和调制的人工材料，具有光的带隙效应，与传统材料相比，具有独特的光学和电磁特性。
其加工技术和应用在国外发展得相当迅速，下面将从三个阶段分别介绍光子晶体在国外的发展历程。
第一阶段是20世纪80年代至90年代初期，光子晶体的发展主要集中在理论研究方面。
1987年，卢·约奎克和斯蒂芬·约翰·约夫尔通过计算机模拟发现了实现光子带隙的方法。
此后，光子晶体的理论研究逐渐深入，并且发展出了一系列设计和制备方法。
1990年，日本学者书友太郎、江里泰佑和加纳阳一通过光致变色现象，第一次观察到了二维光子晶体的光学性质。
这些理论和实验的突破奠定了光子晶体的基础，引起了学术界的广泛关注。
第二阶段是90年代中期至今，光子晶体的研究逐渐从理论转向实验。
这一阶段的关键是光子晶体的制备技术的发展。
1994年，华理斯·约克和埃里克·约克等人通过球形微粒组成的三维结构实现了光子带隙效应，标志着实验上实现光子晶体的重要突破。
此后，研究者们不断改进制备技术，例如采用纳米球自组装方法、离子束刻蚀技术和嵌入法等，进一步提高了光子晶体制备的质量和效率。
第三阶段是21世纪初至今，光子晶体的研究重点逐渐从基础科学转向应用领域。
这一阶段的突破主要体现在两个方面：一是开发了大量光子晶体的应用，例如激光器、传感器、光波导器件等，使光子晶体在光学通信、生物医学、光电子等领域具有了广阔的应用前景；二是探索了新的光子晶体材料和结构，例如自组装多孔光子晶体、二维光子晶体、超材料等，进一步扩展了光子晶体的应用范围和特性。
当前，国外在光子晶体的研究方面处于领先地位。
欧美国家和日本、澳大利亚等国家在光子晶体的制备、性能调控、应用开发等方面取得了重要突破。
例如，美国加州大学伯克利分校的瓦森伯格研究组成功制备出高质量的三维光子晶体，德国马克斯普朗克研究所的哈尔特等人发展了一种新型光子晶体结构，日本东京大学的佐藤研究组利用光子晶体制备出高效太阳能电池，并取得了较高的转换效率。
光子晶体课件ppt
解决方法
假若用光线来代替电子传递信号，则可以让生产百亿Hz（1012 Hz）的 个人电脑成为可能。这种高速的处理器可以用“光子晶体”（quasicrystal） 的物质所产生的光成分实现。这些材料均具有高度的周期性结构，这种周 期性可以用来控制和操纵光波的产生和传播。
有2％的能量被发射出去
光子晶体天线
针对某微波频段可设
计出需要的光子晶体，并 让该光子晶体作为天线的 基片。因为此微波波段落 在光子晶体的禁带中，因 此基底不 会吸收微波，这
就实现了无损耗全反射，
把能量全部发射到空中。
第一个光子晶体基底的偶极平面微波天线1993年在美国研制成功
微波领域中的应用—手机的辐射防护
1.0，面心立方体的晶格常数是1.27。根据 实验量得的透射频谱，所对应的三维 能带结构右图所 示：
第一个功败垂成的三维光子晶体
遗憾的是，理论学家稍后指出，上述系统因对称性(symmetry)之 故， 在W和U两个方向上并非真正没有能态存在，只是该频率范围内 的能态数目相对较少，因此只具有虚能隙(pseudo gap)
利用光子晶体可以 抑制某种频率的微波传 播的原理，可以在手机 的天线部位制造维播放 护罩，从而避免对人体 有害的微波辐射直接照 射手机用户的头部。这 种技术目前还没有成熟， 但是至少有一个美好的 前景。
手机的危害
手机是一个小型的、但能量极强的 电磁波发生器，其工作频率890MHz 到965MHz，辐射出的电磁波对人体
光子晶体——精选推荐
光子晶体光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。
与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构。
能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。
所具能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。
光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。
光子晶体(又称光子禁带材料)的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成为可能。
光子晶体自从被提出后，在光学物理，凝聚态物理，电磁波，信息技术等领域引起了人们广泛的关注。
在这短短的二十年里，光子晶体在理论研究和实验研究方向均取得了显著的成果，并且在某些领域也有了一定的应用。
由于光子晶体的巨大潜在应用价值，设计和制作可见光和近红外波段的完全带隙光子晶体，成为十年来科学研究的热点之一。
在制备复杂结构光子晶体的多种方法中，相对于其它制作方法，例如逐层叠加方法，半导体微加工和自组织生长、激光全息制作方法具有成本低，耗时短，方便制作和有效等优点。
下面介绍用激光全息干涉技术并结合平面波展开法和有限时域差分方法，在理论上比较系统的研究了如何使用伞形配置的多激光束形成具有较宽的完全禁带的光子晶体，提出多种实现全禁带展宽的设计方案，并通过晶体结构及1其能带传输特性的模拟来验证能带计算结果的正确性，其中的创新性工作主要包括一下几个方面：一、全系干涉法优化二维正方结构光子晶体的光束设计及其能带性质的研究由于全系干涉法中格点柱的形状和大小实际是由于干涉场的等强度面决定的，所以得结构的能带性质与制备过程有着密切的联系。
这里提出两种利用全息干涉技术制备的新型二维正方结构光子晶体的方案。
第一种是由绕z轴旋转45度的针垫形柱组成的正方晶格点阵。
另一种由不规则介质柱组成的相似晶体结构。
光子晶体及其应用
光子晶体及其应用光子晶体( Photonic Crystal) 是一种在微米、亚微米等光波长的量级上折射率呈现周期性变化的介质材料,按照其折射率变化的周期性,可以分为一维、二维和三维光子晶体,分别见图1～3. 光子晶体的概念首先在1987 年被E. Yablonovitch提出 . 光子晶体被视为电子晶体的光学领域内的对应物,如同电子晶体的势垒的周期性引起能量禁带一样,光子晶体的折射率的变化也会引起一部分能量的光不能够传输过该结构,这些被禁止的频率区域称为光子禁带(Phtonic Band Gap) .关于光子晶体的研究一开始只是在理论上,因为光波长尺度上的工艺非常困难.1991年,由E. Yablonovitch 制成了第一个微波波段的光子晶体后,随着各种工艺的发展,多种多样的晶体结构陆续的被制备出来,许多理论预测得到了验证 . 其中应用较多的三维结构是“木柴垛结构”(图3) 和“蛋白石结构”(图4) .光子晶体的禁带导致了许多在普通光学中没有的新性质,例如光子能隙、光子的局域态、超棱镜色散、受抑制的自发辐射等等. 它可以使光像水一样流过一个拐角而不反射回来(图5)可以使自发辐射的光只能以单波长输出;也可以使波长相差很小的光分开60°,使其色散达到普通棱镜的500 倍. 这些新的性质在集成光学、微波通信、强场光学等领域具有潜在的巨大的实用价值,因而在短短十余年时间内,受到了物理、材料等领域的学者的广泛关注. 可以相信,在不久的将来,光子晶体将在基础研究领域以及光通信、光计算、激光技术等诸多应用领域内起到不可替代的作用.2 光子晶体的原理光子晶体的原理首先是从类比晶体开始的,因而可以通过理解晶体来对光子晶体的工作原理有初步的认识. 对于晶体可以看到原子是周期性有序排列的,正是这种周期性的排列,才在晶体之中产生了周期性的势场. 这种周期势场的存在,使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射,从而形成能带结构,带与带之间可能存在带隙. 电子波的能量如果落在带隙中,就无法继续传播. 其实,不论是电磁波,还是其它波(如光波等) ,只要受到周期性调制,都有能带结构,也都有可能出现带隙. 而能量落在带隙中的波同样不能传播. 由此我们知道在离子晶体中,离子的周期性排列产生了能带结构,而能带又控制着载流子(半导体中的电子或者空穴) 在半导体中的运动.与之类似,光子晶体中是折射率的周期性变化产生了光带隙结构,从而由光带隙结构控制着光在光子晶体中的运动. 光子晶体是在高折射率材料的某些位置周期性的出现低折射率(如人工造成的空气空穴) 的材料. 如图1～3 所示的光子晶体材料从一维到三维的结构,可以明显看出周期性的存在. 高低折射率的材料交替排列形成周期性结构就可以产生光子晶体带隙(Band Gap ,类似于半导体中的禁带,也可以理解为光受到了布拉格散射引起的) . 而周期的大小不同,导致了一定距离大小的光子晶体只对一定频率的光波产生能带效应. 也就是只有某种频率的光才会在某种周期距离一定的光子晶体中被完全禁止传播.因为光被禁止出现在光子晶体带隙中,所以可以预见到我们能够自由控制光的行为. 例如,可以将发光层置于光子晶体之中,使其发光波长恰好落于光子晶体的禁带之中. 由于这些波长的光是禁止的,因而可以抑制发光层的自发辐射. 而如果通过引入缺陷就可使原来的晶体的禁带之中出现允许态,因而这些对应的波长的光就能够产生,这可以用来制备面发射的激光器.3 光子晶体的制备光子晶体在自然界是存在的,例如用来装饰的蛋白石(Opal) ,还有一种深海老鼠身上的毛以及一种特殊的蝴蝶翅膀上的粉,它们在不同的角度反射不同波长的光. 通过研究发现它们都是由大小均匀的微米、亚微米量级的结构密堆积而成的. 参见图6～9.因为Opal 形式与后面讲到的小球密堆积完全相同,因而暂且不提. 但是,这些都是粗糙的光子晶体,因为它们没有形成完全的禁带. 通过Maxwell 方程的求解可以发现,完全的禁带的形成与大小同两种材料的折射率的差、填充比以及排列方式有着密切的联系. 一般说来,两种材料的折射率差值越大,就越有可能形成光子禁带,当两种材料的折射率差大于2 的情况,可以形成完全禁带. 在自然界尚未曾发现此类的晶体. 因而实验研究使用的光子晶体必须经过人工制备.目前制作光子晶体的材料主要是无机材料,如金刚石, Si , SiO2 , TiO2 , GaAs ,AlGaAs 等,另外还有一些金属材料等. 主要的思想就是人为的构造周期性的结构. 在制备工艺上对于一维、二维和三维而言有许多不同. 下面分别进行介绍.最先制备成功的的是三维光子晶体,但是主要工作在微波波段. 在可见光部分曾经比较时兴的一种办法是类似于自然界的Opal 结构,人工制备亚微米量级的小球,然后让他们密堆积起来形成周期性排列.制作光学波段的光子晶体常用的技术是胶体颗粒(如SiO2 颗粒) 的自组织生长. SiO2 颗粒的大小一般为微米或亚微米,悬浮在液体中. 由于颗粒带电,而整个体系呈电性,这些悬浮颗粒之间有短程的排斥相互作用以及长程的范德华力. 自组装时先使用一种有机无机复合的材料使SiO2 小球表面电荷被除去以呈现电中性. 因而小球之间的作用力消失,在重力或其他外力的作用下经过一段时间,悬浮的胶体颗粒会从无序的结构相变成有序的面心立方结构而形成胶体晶体. 这种方法简便而且经济. 一般采用的胶体颗粒是聚合物等,因为一般胶体颗粒的折射率都比较小,理论计算表明由这些材料构成的面心立方结构的胶体晶体没有光子带隙. 对于相对低于空气折射率的小球与空气空穴造成的折射率差别不足以形成三维带隙的缺点,人们用以下方法试图克服这个困难:使用TiO2 来填充颗粒中的空气间隙,而TiO2 有较高的折射率,最终将颗粒溶解,留下紧密排列的TiO2 包围的球状空气空穴 . 这样就可以形成三维的光子禁带了. 制备成功的样品SEM 图见图4. 但是这种方法的缺点也很大,就是在制备的过程中会引入很多很多的缺陷,而且这些缺陷很难控制,这就使该方法很难应用于实际.另外制备三维光子晶体的办法是刻蚀法,这种采用硅工艺的方法十分有效,但是通常只是做到了近红外,可见光部分有难度,而且价格昂贵,操作复杂,同样不利于推广.对二维光子晶体的制作也有许多的研究. 二维光子晶体也有许多用途,而且制作比三维光子晶体要相对容易. 在微波或厘米波波段,可以用介质棒来构成或用机械钻孔的办法;在红外和光学波段用刻蚀等方法. 最早制作的二维光子晶体是用机械钻孔或用介质棒方法制得. 目前,二维光子晶体的带隙已经达到红外和光学波段. 制作二维光子晶体的实际例子是Bath 大学的Philip Rus2sell 和Jonathan Knight 以及他们的合作伙伴研制的特别不寻常的“多孔纤维” .这种纤维具有规则的气孔晶格,并且可以无散射的长度连续的传播光波. 这是通过围绕一个在中心的固体玻璃核包裹一系列的中空玻璃管来实现的. 由几百个传统的SiO2 棒和SiO2 毛细管依次绑在一起组成六角阵列,然后在2 000 ℃下把这个结构加热拉伸产生直径只有几微米的长纤维而成. 这种光纤被称为光子晶体光纤,它具有零色散点可调的特点,而且可以在芯径很大的情况下实现单模传输. 这种光纤的缺点是会受到水汽的影响,因为它多是中空的. 制备的样品见图10.一维光子晶体的制备非常简单,而且在光子晶体的概念提出之前就已经被广泛制备并且应用. 因为它就是我们通常所说的多层膜. 制备方法有真空镀膜技术、溶胶凝胶技术、分子束外延技术等.4 光子晶体的应用应用光子晶体控制光在其中传播的性质可制成全新的高性能器件。
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光子晶体及光子晶体光纤的研究现状与发展趋势摘要：光子晶体光纤（PCF）由于具有传统光纤无法比拟的奇异特性，吸引了学术界和产业界的广泛关注，在短短的十年内PCF的研究取得了很大的进展。
本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF的发展以及最新成果。
关键词：光子晶体光子晶体光纤光子晶体光纤激光器1、前言光子晶体光纤（photoniccrystalfiber，PCF），又称多孔光纤或微结构光纤，以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。
这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成，通过这些微小空气孔对光的约束，实现光的传导。
独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域[1]。
在光纤激光器这一领域内，PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性，有效地克服了常规光纤的设计缺陷。
以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体，并把双包层概念引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有显著改善。
近年来，国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作[2]。
目前，国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。
本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF的发展以及最新成果。
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玻璃界面多次发生反射。
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245W-1km-1，可用于频率度量学、光谱学或光学相干摄影学中超连续光发生器。
3.3宽带单模光子晶体光纤常规单模光纤实际上是波长比二次模截止波长小的多模光纤，而宽带单模光子晶体光纤是真正意义上的单模光纤。
这种特性是由于其包层由周期性排列的多孔结构构成。
Blazephotonics的宽带单模光子晶体光纤的损耗低于0.8dB/km，主要用于空间单模场宽带辐射传输，短波长光传输，传感器和干涉仪。
3.4保偏光子晶体光纤传统保偏光纤双折射现象由纤芯附近差异热扩张的合成材料形成，当光纤在拉制降温过程中差异热扩张产生压力。
相反保偏光子晶体光纤是由非周期结构纤芯中空气和玻璃的大折射率差而形成双折射现象，从而得到更小的拍长，减小偏振态和保偏消光比之间的耦合曲率[7]。
例如Blazephotonics的保偏光子晶体光纤还有比传统保偏光纤低得多的温度敏感性，其拍长可小于4mm（1550nm波长），损耗小于1.5dB/km。
主要用于光传感器、光纤陀螺和干涉仪。
3.5超连续光谱发生器的光子晶体光纤超连续光子晶体光纤是特别设计用来把一种新的Q变换Nb3+微芯片激光器变成一种结构紧密，低成本，谱宽覆盖550nm~1600nm范围，平坦度好于5dB的超亮光超连续光源。
由于有较好的色散系数，20m长的这种光纤就可以实现与脉冲为1ns，重复率为6k，与1064nm 平均功率为几十毫瓦激光器具有几乎相同的变换效率。
超连续光源主要应用于光子学设备的测试、低相干白光干涉计、光相干摄像和光谱学中[8]。
3.6大数值孔径多模光子晶体光纤大数值孔径多模光子晶体光纤中的光是在由同心环的硅材料空气孔围成的实心硅纤芯中传输。
由于实心纤芯和包层的大折射率差，使得该光纤数值孔径比全硅多模光纤大得多。
大数值孔径增加了从白炽灯或弧光灯热光源和从低亮度半导体激光器获取光的能力。
这种光纤在633nm处数值孔径可达0.6，主要应用于白炽灯或弧光灯光的传输、低亮度泵浦激光的传输以及光传感器中[9]。
4、PCF的特性PCF有如下特点：结构设计灵活，具有各种各样的小孔结构；纤芯和包层折射率差可以很大；纤芯可以制成多种样式；包层折射率是波长函数，包层性能反映在波长尺度上。
因此PCF有许多特性。
4.1无截止单模普通单模光纤随纤芯尺寸的增加会变成多模光纤。
对于PCF只要其空气孔径与孔间距之比小于0.2，可在从蓝光到2μm的光波下单模传输，不存在截止波长。
这就是无截止单模传输特性，且这种特性与光纤绝对尺寸无关，因此通过改变空气孔间距可调节模场面积，在1550nm可达1～800μm2，已制成了680μm2的大模场PCF，大约为常规光纤的10倍[10]。
小模场有利于非线性产生，大模场可防止发生非线性，这对于提高或降低光学非线性有极重要的意义。
这种光纤具有很多潜在应用，如激光器和放大器（利用高非线性光纤），低非线性通信用光纤，高光功率传输等。
4.2不同的色度色散真空中材料色散为零，空气中的材料色散也非常小，空气芯PCF的色散非常特殊。
由于光纤设计很灵活，只要改变孔径与孔间距之比，即可达到很大的波导色散，还可使光纤总色度色散达到所希望的分布状态，如零色散波长可移到短波长，从而在1300nm实现光弧子传输；具有优良性质的色散平坦光纤（数百nm带宽范围接近零色散）；各种非线性器件以及色散补偿光纤（可达2000ps/nm·km）应运而生[11]。
4.3极好的非线性效应双折射效应G.652光纤中出现的非线性效应是由于光纤单位面积上传输的光强过大造成严重损伤系统传输质量的一个现象。
而在光子能隙导光PCF中，可以通过增加PCF纤芯空气孔直径（即PCF的有效面积）来降低单位有效面积上的光强，从而达到大大减少非线性效应的目的[12]。
光子能隙导光的这个特性为制造大有效面积PCF奠定了技术基础。
4.4优良的双折射效应保偏光纤中，双折射效应越强，波长越短，保持传输光偏振态越好。
在PCF中，只需要破坏PCF剖面圆对称性，使其构成二维结构就可以形成很强的双折射。
通过减少空气孔数目或者改变空气孔直径的方式，可以制成比常用熊猫保偏光纤高几个数量级的高双折射率PCF 保偏光纤[13]。
4.5较高的入射功率光子晶体光纤的全波长单模特性与光纤绝对尺寸无关，放大或缩小光纤照样可以保持单模传输，这表明可以根据需要来设计纤芯面积。
英国Bath大学研究人员已经制作了工作在458nm，纤芯直径是23μｍ的单模光子晶体光纤。
其纤芯面积大约是传统光纤纤芯面积10倍左右，用于高功率传输时，不会出现非线性效应。
4.6光子晶体光纤的非线性现象减小光纤模场面积，可增强非线性效应，从而使光子晶体光纤同时具有强非线性和快速响应特性。
常规光纤有效截面积在50－100μｍ量级，而光子晶体光纤可以做到1μｍ量级，所以各种典型非线性光纤器件如科尔光闸、非线性环形镜等就可以做成比普通光纤短100倍[14]。
通过改变孔间距可以调节有效模场面积，调节范围在1.5μｍ波长处约为1－800μｍ。
在孔中可以装载气体，也可以装载低折射率液体，从而使光子晶体光纤具有可控制的非线性。
4.7易于实现多芯传输多芯传输有以下两个优点：一是提高了信道通信的容量，二是解决了单芯难以胜任的复杂通信网络、矢量弯曲传感、光纤耦合等问题。
光子晶体光纤使得多芯的结构能被精确定位且具有良好的轴向均匀性，无须附加其他工艺。
5、光子晶体光纤的发展1996年，英国南安普顿大学光电研究中心和丹麦技术大学电磁系首先报道了成功制备出PCF。
莫斯科大学A.M.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Wadsworth等人实现了双包层光子晶体光纤结构。
双包层光子晶体光纤掺杂离子为Yb3+离子，纤芯直径15.2μm，数值孔径0.11，内包层直径150μm，数值孔径0.8，利用20W光纤耦合二极管阵列泵浦该光纤，光纤长度为17m，获得了3.9W功率输出，斜效率21%[16]。
实验中发现，双包层光子晶体光纤存在随机散射中心，说明纤芯中存在着缺陷，有待进一步完善光子晶体光纤的结构。
2002年，日本Norihiko等人以锁模掺Er3+光纤激光器为泵浦源，结合周期极化LiNbO3，泵浦长60cm的高非线性PCF，得到波长调谐范围为0.78-0.90μm的孤子脉冲，脉宽为55fs，所用PCF芯径为1.7μm，零色散波长大约在0.69μm处[17]。
2003年1月，Wadsworth等人报导了利用大模面积空气包层PCF研制的高功率PCF激光器，其结构为双程后向线性腔结构，最大输出功率3.9W，斜率效率30%，实现单横模运转[18]。