光子晶体光纤的研究现状及其应用

传 输 而 不 被 截 止 ， 为 “ 尽 单 模 ” 传 输 特 性 。 这 种 光 纤 的 成 无 的
传 输 原理 同普 通 光 纤 相 似 ， 常 利 用 分析 普 通 光 纤 的 类似 方 法 通 进 行 分 析 和 研 究 工 作 。 图 １为 全 反 射 型 光 子 晶 体 光 纤 的结 构
（ ＢＧ， ｈ ｔｎｃｂ ｎ ａ 。 与 传 统 光 纤 比 ， 子 晶 体 光 纤 具 Ｐ ｐ ｏｏ ｉ ａ ｄｇ ｐ） 光 有 许 多重 要 的 特点 ， 可 以在 很 大 的 波 长 范 围 内保 持单 模 传 输 如 特 性 ；可 以在 大模 场 面 积 的 光 子 晶体 光 纤 里 保 持 单 模 传 输 特
２１ ０ ０年第 ６期
ＴＩ ＡＮＪＮ Ｉ ＳＣＩ ＮＣＥ ＥＣＨＮ Ｅ ＆Ｔ ＯＬ ＯＧＹ
刨新技术
张 蔺 蔺 郑风 振 刘 笑 东 （ 中国电子科技集 团公司第四十六研究所 天津 ３０２ ） ０２０
光子晶体 光纤 的研究现状及其应 用
【 摘 要 】 绍 了光子 晶体 光 纤 （ Ｃ ） 介 Ｐ Ｆ 的研 究现 状 ， 结合 目前 Ｐ Ｆ研 究 的进 展 ， Ｃ 简要 阐述 了 Ｐ Ｆ的基 本 Ｃ
１１ 全 反 射 型 （ Ｒ） 子 晶体 光 纤 ． ＴＩ 光 全 反 射 型 光 子 晶体 光 纤 纤 芯 的 折 射 率 高 于 包 层 的平 均 折 射率 ， 因此 由传 统 的 光 学理 论 可 以认 为 光 束被 束缚 在 光 纤 中传 输 。 过 改 变石 英 同 空 气 孔 的 比例 关 系 可 以调 节 光 纤 折 射率 差 通 的 大小 ， 当空 气 孔 足 够 小 的时 候 ， 意 波 长 的光 均 能 在 光纤 中 任
原 理 、 论 分析 方 法 、 输 特 性 、 究进 展 以及 应 用前 景 ， 理 传 研 并提 出 Ｐ ＣＦ在 今 后 研 制 中 需要 解 决 的 问题 。
【 关奠 词 】 光子晶体光纤
传输特性
应用
０
引 言
光 子 晶 体 光 纤 （ ＣＦ， ｈ ｔ ｎｃｃｙ ｔｌｉｅ ） 概 念 最 早 由 Ｐ ｐ ｏ ｏ ｉ ｒｓａ ｂ ｒ 的 ｆ
性 ： 气 孔 结 构 的 变 化 可 以导 致 许 多重 要 的应 用 ， 高 双 折 射 空 如
光 纤 ：Ｃ Ｐ Ｆ具 有 特 殊 的色 散 特 性 ， 以通 过 调 整 空 气 孔 结 构 来 可
改 变 光纤 的零 点 色散 。 通 过 改 变 光纤 纤 芯 的大 小 ， 以 使 光纤 可
图。
光 能 够 在 缺 陷 内传 输 ， 与普 通 单模 光 纤 不 同 ， 光子 晶体 光纤 是 由其 中 周 期性 排 列 空 气 孔 的单 一 石 英材 料 构 成 ， 以又 被 称 为 所
多 孔 光 纤 （ ｏｅ ｉｅ ） 或 是 微 结 构 光 纤 （ ｃｏ ｔｕ ｔ ｒ ｄ ｈ ｌｙ ｆ ｒ ｂ ｍｉｒ —ｓｒ ｃｕ ｅ ｆ ｅ ） 世 界 上 的 第 一 根 光 子 晶 体 光 纤 于 １ ９ 年 由 英 国 Ｂ ｔ ｉ ｒ。 ｂ ９６ ａｈ 大 学 的 Ｊ Ｃ． ｎｇｈ 等 人 制 作 。 ． Ｋｉ ｔ 根 据 光 子 晶体 光 纤 的 导 光 机 理 可 以 把 它 分 为 两 大 类 型 全 反 射 导 光 型 （ Ｒ，ｏａ ｎｅ ｎ ｌ ｅ ｌｃ ｉｎ） 光 子 带 隙 导 光 型 ＴＩ ｔｔ ｌ ｔ ｒ ａ ｒｆｅ ｔ ｉ ｏ 和
素 科 学 与 技 术 ， ０ ９， （ ） ７ －７ ． ２ ０ １ ６ ： ０ ４ ７
工 程 大 学 ，０ ７ ２０．
［］ 娟 娟 ， 凡 更 ． 子 液 体 在 植 物 纤 维 化 学 研 究 中 的 应 用 ２刘 谌 离 ∞］ 维 素科 学 与技 术 ， ０ ９ １ （ ）６ － ５ ． 纤 ２ ０ ， １ ： ２ ６ ． ７ ［３ 学 晶 ， 晓 芳． 维 素 的 溶 解 与 再 生及 其 生 物 质 能 利 用 的 ３郑 刘 纤 新发 展 ［ ］ 州 化工 ， ０ ９ ３ （ ）５ ８ Ｊ． 广 ２ ０ ， ７４ ： － ． ［ ］ 同琦 ， 静 ， ４袁 何 许凤 ， ． 物 质 资 源 研 究 的新 线 性 效 应等 等 。
图 １ 全 反射 型 光 子 晶体 光纤 截 面 图
１２ 光 子 带 隙 型 （ ． ＰＢＧ ） 子 晶 体 光 纤 光
１ 光子晶 体光纤 的基本原 理
光 子 晶 体 光 纤 具 有 周 期 性 的 排 列 结 构 ， 同传 统 的 光 纤 在 它
样 的能 带 结 构 ， 某 些 波 长 的 光 不 能 通 过 光 子 晶体 传 输 ， 果 使 如
引入 一 个缺 陷破 坏 它的 周 期 性质 ， 这个 波 长 的光 就 可 以在 这 则
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个 缺 陷 中传 输 。ｆ 子 带 隙 型光 子 晶体 光纤 就 是 这 种 类 型 的光 ３ 光
光 子 带 隙 存在 于 光 子 晶体 中 ， 子 晶体 是 由不 同 折 射率 的 光
介质 材 料 周 期 性排 列 而 成 的 ， 它的 排列 周期 大 小 同 光 的波 长 当
差别 不 大 时 ， 期 性 的 结构 会 使 光 子 晶体 具 有 类 似 电子 晶体 一 周
传 输 机 理 上 有 很 大 的不 同 ， 据 光 子 晶 体 光 纤 的 分类 ， 定 了 根 确 两 类 基 本 的传 输 模 型 。
Ｓ ． ｕ ｓ ｌ等 人 于 １ ９ Ｔ Ｊ Ｒ ｓ ｅｌ ２年 提 出 。这 一 光 纤 在 石 英 光 纤 中 沿 ９ 轴 向 均 匀 排 列 着 空 气 孔 ， 光 纤 的 端 面 看 ， 在 周 期 性 排 列 的 从 存 二 维 结 构 ， 果 其 中 １个 孔 遭 到 破 坏 或 缺 失 ， 会 出 现 缺 陷 ， 如 就