光子晶体光纤的应用和研究进展.pdf

2008年第2期 大众科技 No．2．2008 (总第102期l DAZHONGKEJ No．1 (Cumulatively02) 光子晶体光纤 的应用和研究进展 唐毓磊 (河池学院，广西宜州546300) 【摘要】光子晶体光纤与普通光纤在光纤结构、单模特性、色散特性和非线性特性等方面有着显著的差别。文章简要分 析PCF的原理，并探讨其重要特性以及应用价值，最后回顾了近来PCF的研究进展。 【关键词】光子晶体；光子晶体光纤；PCF 【中图分类号】TN253 【文献标识码】A (一)引言 (二)POF导光原理 光子晶体概念最初由于E．Yablo-novitch和S．John于最初提出PCF概念的时候，希望利用PB6效应来导光。 1987年各自提出的。他们期望，由介电常数周期分布构成的 数值分析表明，六边形晶体结构存在完全的二维禁带，即在 介质材料能够改变其间传播的光的性质。类似于半导体材料 一定频率范围内光无法横向传播；只有在空气孔相当大的时 中，具有周期性电势场的原子晶格结构使电子形成能带结构； 候(孔直径不小于孔间距的4096)，禁带才会出现。当该结构 光子晶体中，在一维、二维或三维空间中折射率的周期性分 中引入缺陷时就会在禁带中产生局域态，PCF就有可能利用这 布，能够使得在其间传播的光子形成禁带结构，即产生光子 个局域态沿着光纤方向导光。如果空气孔采用蜂窝状的分布 禁带(PBG)。光子之于人工周期性介电材料，相当于电子之结构，会导致更宽的PBG，导光方式也已经发现。采用PBG 于半导体材料，光子晶体因此而得名。 导光，除了要求较大的气孔外，还要求较精确的气孔排列。 如果光子频率处于禁带内，光子晶体内的原子、分子的 第二种导光机制称为全反射结构，与普通光纤的传光方 自发辐射和相互作用都会发生根本性的变化。另外，当光子 式类似，它对空气孔排列的精确程序要求较低，也不要求大 晶体的周期性遭到破坏时，在PBG内会出现频率极窄的缺陷 直径的气孔。中间空气孔缺失而引起缺陷，会使中间的缺陷 态，使得光子晶体能够控制光在其中的传播。光子晶体的应 区域和外围的周期性区域出现有效折射率差，从而使光可以 传播，中间的缺陷相当于纤芯，而外围的周期性区域相当于 用和潜在应用包括：光子晶体天线、光子晶体波导和光学集 包层。全反射型的导光机制已经被证实，它并不依赖于周期 成光路；由光子晶体构成半导体微腔制备无闽值激光器、损 性结构产生的PBG。在理论上，其它类型的气孔排布也可以达 耗反射镜及滤波器：当掺入非线性介质时，还可望应用于光 到同样的功能。这种导光机制的PCF实现起来相对简单，目 开关、光辐幅、光双稳和光倍频等。 前大多数的研究和应用都是针对这种类型的，本文讨论的PCF 光子晶体光纤(PCF)的概念最早由ST．J．Russell等人 特性与应用也主要以它为主。值得注意的是，如果空气孔较 于1992年提出。它是在石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔， 大，并且选择合适的晶体结构，PB6导光和全反射