光子晶體及光子晶體光纖研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

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1、光子晶體及光子晶體光纖研究現(xiàn)狀發(fā)展趨勢

2、第1lunouseg(this)">2、光子晶體光纖的導光原理按導光機理來說，PCF可以分為兩類：折射率導光機理和光子能隙導光機理。2.1折射率導光機理周期性缺陷的纖芯折射率（石英玻璃）和周期性包層折射率（空氣）之間有一定差別，從而使光能夠在纖芯中傳播，這種結(jié)構(gòu)的PCF導光機理依然是全內(nèi)反射，但與常規(guī)G.652光纖有所不同，由于包層包含空氣，所以這種機理稱為改進的全內(nèi)反射，這是因為空芯PCF中的小孔尺寸比傳導光的波長還小的緣故[3]。2.2光子能隙導光機理理論上求解光波在光子晶體中的本征方程即可導出實芯和空芯PCF的傳導條件，即光子能隙導光理論。如

3、圖2所示，光纖中心為空芯，雖然空芯折射率比包層石英玻璃低，但仍能保證光不折射出去，這是因為包層中的小孔點陣構(gòu)成光子晶體。當小孔間距和小孔直徑滿足一定條件時，其光子能隙范圍內(nèi)就能阻止相應光傳播，光被限制在中心空芯之內(nèi)傳輸。最近有研究表明，這種PCF可傳輸99%以上的光能，而空間光衰減極低，光纖衰減只有標準光纖的1/2～1/4[4]?？招綪CF光子能隙傳光機理具體解釋為：在空芯PCF中形成周期性的缺陷是空氣，傳光機理是利用包層對一定波長的光形成光子能隙，光波只能在空氣芯形成的缺陷中存在和傳播。雖然在空芯PCF中不能發(fā)生全內(nèi)反射，包層中的小孔點陣結(jié)構(gòu)起到反射鏡的作用，使光在許多小孔的空氣和石英

4、玻璃界面多次發(fā)生反射。500)this.style.ouseg(this)">當光束從介質(zhì)1進入介質(zhì)2時，光纖中光束傳輸常數(shù)β保持不變，如圖3（a）所示；如果β≤n1k0，其中k0為真空波矢量。而β>n2k0，則光束只能在介質(zhì)1中傳輸，而不能傳輸?shù)浇橘|(zhì)2中，這就是全反射情況，如圖3（b）所示[5]。3、光子晶體光纖的參數(shù)特性3.1空心光子晶體光纖空心光子晶體光纖中的光是在由周期性排列的硅材料空氣孔圍成的空心中傳輸。因為只有很少一部分光在硅材料中傳輸，所以相對于常規(guī)光纖來說，材料的非線性效應明顯降低，損耗也大為減少。據(jù)預測，空心光子晶體光纖最有可能成為下一代超低損耗傳輸光纖，在不久的

5、將來，空心光子晶體光纖將廣泛應用于光傳輸，脈沖整形和壓縮，傳感光學和非線性光學中。目前，已開發(fā)出多種商用空心光子帶隙光纖，波長覆蓋440nm~2000nm。3.2高非線性光子晶體光纖高非線性光子晶體光纖中的光是在由周期性排列的硅材料空氣孔圍成的實心硅纖芯中傳輸。通過選擇相應的纖芯直徑，零色散波長可以選定在可見光和近紅外波長范圍（670nm~880nm），使得這些光纖特別適合于采用摻鈦藍寶石激光或Nb3+泵浦激光光源的超連續(xù)光發(fā)生器[6]。Blazephotonics的光子晶體光纖非線性效應可達245.Zheltikov等人也進行了包層具有周期分布空氣導孔的多孔光纖的研制。研究發(fā)現(xiàn)，改變多

6、孔光纖包層的幾何結(jié)構(gòu)，可有效地增強光纖中非線性效應[15]。這種方法可應用于脈沖壓縮、光孤子的形成和受激拉曼散射的增強。2001年，英國Bath大學系統(tǒng)中將會具有極大的應用價值。2005年，英國Bath大學A.Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脈沖在PCF中產(chǎn)生了超連續(xù)譜，日本電報公司T.Yamamoto等人用波長1562nm、脈寬2.2ps、重復頻率40GHz的光脈沖注入到200m長的色散平坦保偏PCF中，在1550nm區(qū)域產(chǎn)生了超過40nm的均勻超連續(xù)譜，而美國Rochester大學Z.M.Zhu等人利用丹麥CrystalFiberA公司低雙折射、高非線性PCF獲得

7、600～1000nm的超連續(xù)譜[20]。