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光纖光纜

光子晶體光纖的特性及在光纖通信中的應(yīng)用(一)

星之球激光 來源:中國信息產(chǎn)業(yè)網(wǎng)2012-11-26 我要評論(0 )   

光子晶體 光纖 (PhotonicCrystalFiber,PCF),也稱為微結(jié)構(gòu)光纖(MicrostructureOpticalFiber,MOF),它具備許多獨特而新穎的物理特性,如:可控的非線性、無盡單模特性...

       光子晶體光纖(Photonic  Crystal  Fiber,PCF),也稱為微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructure   Optical   Fiber,MOF),它具備許多獨特而新穎的物理特性,如:可控的非線性、無盡單模特性、可調(diào)節(jié)的奇異色散、低彎曲損耗、大模場等特性,這些特性是常規(guī)石英單模光纖所很難或無法實現(xiàn)的.因此,微結(jié)構(gòu)光纖引起了國外科學(xué)界的廣大關(guān)注,隨著微結(jié)構(gòu)光纖制造工藝技術(shù)的進步,微結(jié)構(gòu)光纖的各種指標(biāo)已取得了突破性進展,各種微結(jié)構(gòu)光纖新產(chǎn)品應(yīng)運而生.它不僅應(yīng)用到常規(guī)光通信技術(shù)領(lǐng)域,而且廣泛地應(yīng)用到光器件領(lǐng)域,如:高功率光纖激光器、光纖放大器、超連續(xù)光譜、色散補償、光開關(guān)、光倍頻、濾波器、波長變換器、孤子發(fā)生器、模式轉(zhuǎn)換器、光纖偏振器、醫(yī)療、生物傳感等領(lǐng)域。

  光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖,近年來引起廣泛關(guān)注,它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布,通常含有不同排列形式的氣孔,這些氣孔的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個長度,光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如,可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個模式傳輸;包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì);排列不對稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng),這為我們設(shè)計高性能的偏振器件提供了可能。

  光子晶體的概念最早出現(xiàn)在1987年,當(dāng)時有人提出,半導(dǎo)體的電子帶隙有著與光學(xué)類似的周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域是光子晶體在光纖技術(shù)中的應(yīng)用。它涉及的主要議題是高折射率光纖的周期性微結(jié)構(gòu)(它們通常由以二氧化硅為背景材料的空氣孔組成)。

  這種被談?wù)撝墓饫w通常稱之為光子晶體光纖(PCFs),這種新型光波導(dǎo)可方便地分為兩個截然不同的群體。第一種光纖具有高折射率芯層(一般是固體硅),并被二維光子晶體包層所包圍的結(jié)構(gòu)。這些光纖有類似于常規(guī)光纖的性質(zhì),其工作原理是由內(nèi)部全反射(TIR)形成波導(dǎo);相比于傳統(tǒng)的折射率傳導(dǎo),光子晶體包層的有效折射率允許芯層有更高的折射率。因此,重要的是要注意到,這些我們所謂的內(nèi)部全反射光子晶體光纖(TIR-PCFs) ,實際上完全不依賴于光子帶隙(PBG)效應(yīng)。與TIR-PCFs截然不同的另一種光纖,其光子晶體包層顯示的是光子帶隙效應(yīng),它利用這種效應(yīng)把光束控制在芯層內(nèi)。這些光纖(PBG-PCFs)表現(xiàn)出可觀的性能,其中最重要的是能力控制和引導(dǎo)光束在具有比包層折射率低的芯層內(nèi)傳播。相比而言,內(nèi)部全反射光子晶體光纖(TIR-PCFs)首先是被制造出來的,而真正的光子帶隙傳導(dǎo)光纖(PBG-PCFs)只是在近期才得到實驗證明。

  1991年,Russell等人根據(jù)光子晶體傳光原理首次提出了光子晶體光纖(PCF)的概念。

  1996年,英國南安普頓大學(xué)的J.C.Knight 等人研制出世界上第一根PCF,之后在光纖通信和光學(xué)研究領(lǐng)域中,PCF引起了全世界的普遍興趣。

 

光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)光原理

  就結(jié)構(gòu)而言,PCF可以分為實心光纖和空心光纖。實心光纖是將石英玻璃毛細管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃棒周圍的光纖??招墓饫w是將石英玻璃毛細管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃管周圍的光纖。

 

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