论光子晶体光纤技术的现状和发展.docx

论光子晶体光纤技术的现状和发展 纲要:光子晶体光纤，又称多孔光纤或微结构光纤，以其独到的光学特征和灵巧 的设计成为最近几年来的热点研究课题。光子晶体光纤在外观上和传统的一般单模光 纤特别相像，但微观上光子晶体光纤的横截面完整不一样。最近几年来，国内外的好多 大学和科研单位都在踊跃展开光子晶体光纤的研究工作。本文论述了PCF的一些 独到光学性质、制作技术及其一些重要应用，介绍了PCF的发展以及最新成就。 要点词:光子晶体,光子晶体光纤,非线性 前言 1987年Yabnolovitch在议论怎样克制自觉辐射时提出了光子晶体这一新概 念。几乎同时，John在议论光子局域时也独立提出。假如将不一样介电常数的介电 资料组成周期结构，电磁波在此中流传时因为布拉格散射，电磁波会遇到调制而 形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带。光子能带之间可能出现带隙，即光 子带隙。拥有光子带隙的周期性介电结构就是光子晶体，或叫做光子带隙资料， 也有人把它叫做电磁晶体。 光子晶体光纤（photoniccrystalfiber，PCF），又称多孔光纤或微结构光纤， 以其独到的光学特征和灵巧的设计成为最近几年来的热点研究课题。这种光纤是由在 纤芯四周沿着轴向规则摆列细小空气孔组成，经过这些细小空气孔对光的拘束， 实现光的传导。独到的波导结构，灵巧的制作方法，使得PCF与惯例光纤对比具 有很多奇怪的特征，有效地扩展和增添了光纤的应用领域[1]。在光纤激光器这一 领域内，PCF经特意设计可拥有大模面积且保持无穷单模的特征，有效地战胜了 惯例光纤的设计缺点。以这种拥有新奇波导结构和特征的光纤作为有源混杂的载 体，并把双包层观点引入到光子晶体光纤中，将使光纤激光器的某些性能有明显 改良。最近几年来，国内外的好多大学和科研单位都在踊跃展开光子晶体光纤激光器 的研究工作[2]。当前，外国输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报导。 本文论述了PCF的一些独到光学性质、制作技术及其理论研究方法，介绍了PCF 的发展以及最新成就。 光子晶体光纤概括 2.1光子晶体光纤导光原理 光子晶体光纤的观点鉴于光子晶体，按其传导体制可分为带隙型光子晶体光纤（PBG-PCF）和折射率指引型光子晶体光纤（TIR-PCF）两类[3]。 带隙型光子晶体光纤是一种拥有石英-空气光子晶体包层的空芯石英光纤，其 包层横截面的折射率拥有规则的周期散布，经过包层光子晶体的布拉格衍射来限 制光在纤芯中流传的在知足布拉格条件时出现光子带隙，对应波长的光不可以在包 层中流传，而只好限制在纤芯中流传，见图2-1（a）。 折射率指引型光子晶体光纤的导光体制与传统光纤近似，包层由石英-空气周 期介质组成，中心为SiO2组成的实芯缺点。因为纤芯折射率高于包层均匀折射率， 光波在纤芯中依靠全内反射流传。因为包层含有气孔，与传统光纤的实芯熔融硅 包层不一样，因此这种导光体制叫做改良的全内反射，见图2-1（b） （a）带隙型光子晶体光纤（b）折射率指引型光子晶体光纤 图2-1光子晶体光纤扫描电子显微图 因为PCF的新奇性，这里有必需划分有关观点。光子晶体指的是在一维、二 维或许三维空间上介电常数周期散布的资料；PBG是指在二维或三维空间中，某 一限制波长范围内全部的光模式都被克制。依据上述定义，光纤布拉格光栅(FBG) 也是光子晶体，它存在阻带但不存在禁带结构。PBG只在特别设计的光子晶体中 才会出现，一般光子晶体其实不都拥有PBG结构，相应的也并不是全部的PCF都利用 PBG结构导光。 2.2光子晶体的制备方法 第一将熔融制成的石英毛细管密切地搁置于一根粗石英管内，形成二维 的光子晶体结构，而后将中心地点的空芯毛细管替代成相同外径的实芯棒以制备 实芯结构，或许抽去中心邻近的若干根石英毛细管形成空心结构，从而获取了符 合设计需求的光子晶体光纤预制棒;最后，用拉丝塔将预制棒在适合环境下拉制成 光子晶体光纤，而后进行抗腐化性等后办理。该方法简单、易操作，聚积法 [18] 当前是制备光子晶体光纤的最常用方法。 （1）聚积法 一般单模光纤随纤芯尺寸的增添会变为多模光纤[4]。关于PCF只需其空气孔 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征，且这种特征与光纤绝对尺寸没关，所以经过改 变空气孔间距可调理模场面积，在1550nm可达1～800μm，已制成了680μm的 大模场PCF，大概为惯例光纤的10倍。小模场有益于非线性产生，大模场可防 止发生非线性，这关于提升或降低光学非线性有深重要的意义。这种光纤拥有很 多潜伏应用，如激光器和放大器(利用高非线性光纤)，低非线性通讯用光纤，高 光功率传输等。 （2）挤压法 光关于由塑料或玻璃资料组成的光子晶体光纤，需利用模具挤压