中空光子晶體光纖——結構特性和国产成人在线观看免费网站

正文

一、空心光纖的曆史和基本結構

除了常見的電信傳(chuan) 播波段1.31-1.55微米，新的国产成人在线观看免费网站領域如外科、傳(chuan) 感、焊接通常需要更長波段的，這不光是激光器的問題，更是傳(chuan) 輸

介質的問題，但石英材料透射譜段有限，於(yu) 是人們(men) 又有了硫係玻璃、氟係玻璃和多晶材料。但是，如果能將傳(chuan) 輸介質替換為(wei) 空氣，是不

是就可以突破材料對傳(chuan) 輸波段的限製。圖1是一維光子帶隙光纖，即在空氣孔邊緣附件構造周期的輻射狀折射率改變。

圖1、一維光子帶隙光纖

二維光子帶隙光纖由P.Russell首次製備而成，如圖2所示，這種光纖具有比固態纖芯光纖更加低的傳(chuan) 輸損耗。

圖2、二維光子帶隙光纖

二、空心光纖的傳(chuan) 輸原理

包層中含有空氣孔的周期性二維陣列的實芯光子晶體(ti) 光纖的導波機製，通常被認為(wei) 是傳(chuan) 統的全內(nei) 反射（total internal reflection-

TIR）。在所謂的光子帶隙光纖（Photonic-Bandgap Fiber）中，空氣孔的周期特性至關(guan) 重要，因為(wei) 它通過包層內(nei) 折射率的周期變化

將光模限製在纖芯內(nei) 。對於(yu) 空心光子晶體(ti) 光纖，充滿空氣的芯的折射率小於(yu) 包層材料，空心內(nei) 不能發生全內(nei) 反射，波導模式是靠光子帶

隙實現的。

可用三種主要的方式，如圖3，實現空心光纖中光的波導：

1、可選介質塗層的金屬管，

2、多層電介質布拉格鏡

3、二維光子晶體(ti)

圖3、三種主要類型的反射包層

(a)通過反射包層產(chan) 生光導的空心光纖

(b)帶有電介質塗層的金屬包層

(c)多層電介質鏡

(d)二維光子晶體(ti) 包層

空心光子晶體(ti) 光纖的纖芯內(nei) 充滿空氣(空氣的非線性折射率係數大約是石英的千分之一)，所以非線性效應弱得多。早些年前，與(yu) 常規石

英光纖相比，空芯光子晶體(ti) 光纖大部分具有相當高的損耗（約1dB/m），而且這種損耗取決(jue) 於(yu) 多個(ge) 設計因素，包括空氣孔的形狀和間

距，六邊形晶格形式的空心光纖如圖4。圖5給出了通過測量得到的包層被設計成六邊形晶格形式的空芯光子晶體(ti) 光纖的損耗譜，這種

晶格由交錯的三角形組成，這樣每個(ge) 交叉有四個(ge) 最鄰近的交叉，六邊形晶格使包層主要被空氣填充，這樣石英支柱的網狀物占據不到

20%的空間。

采用相當大的空芯結構，提高六邊形晶格的間距，間隙填充物主要是空氣，非線性效應被大大降低。即使是較高損耗的細纖芯的光子晶

體(ti) 光纖，也可以利用他們(men) 的色散特性壓縮脈衝(chong) 。

如果使用氫氣來替換空氣來觀察受激拉曼散射，結果表明拉曼閾值降低到石英光纖拉曼閾值的百分之一左右。因此，不同的填充物可以

來增強不同的非線性效應。

圖4、六邊形結構空心光纖

圖5、六邊形空芯光子晶體(ti) 光纖損耗譜 

三、空心光纖国产成人在线观看免费网站

空心光纖在醫療上的国产成人在线观看免费网站主要是感應和診斷治療，空心光纖的最大優(you) 點是可以傳(chuan) 輸普通固體(ti) 芯無法傳(chuan) 輸的波長。例如，傳(chuan) 統石英基光纖

由於(yu) 其材料吸收，截止波長約在2.1微米，但Er:YAG激光波長達2.94微米、CO2激光波長達10.6微米，這比短波長的石英光纖具有更大

的臨(lin) 床診療優(you) 勢。通常，利用長波長的高水吸收峰，阻止激光能量穿透作用組織以外，達到精確消融或切割的目的，同時CO2激光良

好的止血性能也有助於(yu) 外科醫生的操作。盡管二氧化碳激光器有許多優(you) 點，但由於(yu) 缺乏一種靈活的介質將激光功率傳(chuan) 輸到人體(ti) 中的目

標，它在醫學上的国产成人在线观看免费网站相對有限。由於(yu) 沒有靈活的傳(chuan) 輸介質，CO2激光的使用僅(jin) 限於(yu) 在激光和目標之間建立直接視線的程序，主要是

在皮膚科和使用剛性喉鏡的耳、鼻、喉(ENT)手術。利用全向反射一維光子帶隙來限製光的中空纖維已經被開發出來，並成功地用於(yu)

CO2激光器的一些微創手術中。如圖6所示，這些光纖足夠柔軟，可以通過柔韌的內(nei) 窺鏡引入體(ti) 內(nei) ，將CO2激光輻射傳(chuan) 送到以前這種激

光器無法到達的區域。

圖6、圖中灰色光纜內(nei) 部的空芯光纖用於(yu) 微創手術

在光纖傳(chuan) 感領域中，溫度敏感特性是需要被利用的，但在光通信領域，往往需要克服這個(ge) 特性。尤其是需要時間同步，或需要從(cong) 光信號

中獲取時間信息的国产成人在线观看免费网站，例如跨洋同步網絡，遙感數據，和帶光纖延遲線路的激光器。通常，每攝氏度的溫度變化可以使每公裏標準實

芯光纖的傳(chuan) 播時間改變約40皮秒。如圖7中不同芯直徑的空芯光纖在通信波段的熱延遲係數（TCD）的變化，更高的芯直徑（37-

cells）擁有更低的損耗。

中空的光子帶隙光纖與(yu) 實心石英光纖的結構差異，使得大部分的光功率通過空氣介質而非玻璃（石英）材料傳(chuan) 遞。第二方麵是與(yu) 玻璃

（石英）材料相關(guan) 的群速度折射率，空芯光纖群速度折射率降低，光在光纖中行進更快。這些都有助於(yu) 提高信號的傳(chuan) 輸速度，減少延

時，最終降低信息服務企業(ye) 的運營成本。有研究報道了37芯的(Hollow-Core Photonic BandGap Fibers-HC-PBGFs),傳(chuan) 輸速率高達

73.7Tbit/s，這得益於(yu) 內(nei) 部低串擾及無表麵模式的影響。同時，空芯光纖在非線性脈衝(chong) 整形及飽和吸收、分布反饋激光器和等離子體(ti) 激

元傳(chuan) 感器等方麵的国产成人在线观看免费网站也在展開。

圖7、不同芯直徑在不同波長（1.55微米波段）的熱延遲係數

(Ref: Vol. 4, No. 6 / June 2017 / Optica doi:10.1364/OPTICA.4.000659)

在化學傳(chuan) 感国产成人在线观看免费网站方麵，空芯光纖能夠比傳(chuan) 統光纖提供顯著的效率優(you) 勢和低樣品體(ti) 積要求。有研究在濃度為(wei) 30ppb的1.5毫升氯乙烷樣品

中檢測氯乙烷分子，使用空芯光纖可將反應時間縮短為(wei) 8秒。(Ref:Applied Physics Letters 86, 194102 (2005); doi: 

10.1063/1.1925777)

空心芯光纖也可以作為(wei) 無源元件，將被感知或研究的源的輻射傳(chuan) 遞到傳(chuan) 感器，然後傳(chuan) 感器分析輻射。国产成人在线观看免费网站包括溫度傳(chuan) 感(黑體(ti) 輻射分析)

和化學傳(chuan) 感。這種技術在危險環境(如戰場)或感應點難以到達(如機器內(nei) 部)時很有用。當環境中的許多點需要經常分析，但不是連續分

析時(海底、工業(ye) 工廠)，它也很有用;在這種情況下。與(yu) 每個(ge) 需要監控的點都放置一個(ge) 傳(chuan) 感器的情況相比，需要部署的傳(chuan) 感器數量顯著減

少。使用空心芯光纖的好處是，它們(men) 可以傳(chuan) 輸更寬的帶寬，並能訪問使用其他實芯光纖難以探索的波長範圍(例如，對於(yu) 化學傳(chuan) 感來

說，3-20um範圍是特別有用的)，廣泛国产成人在线观看免费网站中包括環境傳(chuan) 感(汙染等)、國土安全、過程監測和生物醫學傳(chuan) 感(如檢測哮喘的呼吸分析)。

大功率激光功率傳(chuan) 輸同樣是空芯光纖的国产成人在线观看免费网站領域，金屬塗敷的空芯光纖可傳(chuan) 3KW功率的激光能量。

（聲明：本文部分圖表參考自OSA或AIP數據庫論文，期刊卷及DOI編號都已在引用部分標出；昊量光電可提供空芯光子晶體(ti) 光纖，配

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