自20世紀80年代以來，為(wei) 了發展新的光學介質（光子晶體(ti) 光纖），研究人員已經被光波長尺度，即亞(ya) 微米量級或更小尺度的結構材料
表現出的能力所吸引。光子晶體(ti) 通過將規則的微結構引入光學材料，徹底改變了材料的光學特性。它可看作是半導體(ti) 物理學成果在光子
領域中的拓展。實際上，半導體(ti) 的能帶結構是電子和晶格引起的周期性電動勢之間相互作用的結果。通過求解周期性電動勢的薛定諤方
程，就能得到被禁帶所分離的電子能量狀態。
目前主要光子晶體(ti) 光纖的種類，特性及国产成人在线观看免费网站
一、 從(cong) 傳(chuan) 統光纖到光子晶體(ti) 光纖
光纖是20世紀的重大科技成就之一。該技術以令人難以置信的速度發展，從(cong) 1970年的第一根低損耗單模光纖至今，光纖已成為(wei) 全球所廣泛使用的通信網絡的重要組成部分。光纖也在通信之外的其他領域得到了国产成人在线观看免费网站，如醫學領域的光束分配與(yu) 傳(chuan) 送、機械加工與(yu) 診斷、傳(chuan) 感及其他領域。現代光纖技術已實現了對光纖中光信號的損失、光學非線性效應、群速度色散和偏振效應等各方麵的優(you) 化與(yu) 權衡。經過30多年的廣泛研究，光纖係統的性能和製造工藝得到了不斷完善，近乎達到了最高極致。
自20世紀80年代以來，為(wei) 了發展新的光學介質（光子晶體(ti) 光纖），研究人員已經被光波長尺度，即亞(ya) 微米量級或更小尺度的結構材料表現出的能力所吸引。光子晶體(ti) 通過將規則的微結構引入光學材料，徹底改變了材料的光學特性。它可看作是半導體(ti) 物理學成果在光子領域中的拓展。實際上，半導體(ti) 的能帶結構是電子和晶格引起的周期性電動勢之間相互作用的結果。通過求解周期性電動勢的薛定諤方程，就能得到被禁帶所分離的電子能量狀態。類似地，如果把這種周期性變化的電動勢用周期性變化的介電常數，即折射率來替換，同時，把薛定諤替換成經典的電磁波波動方程，就能獲得光子晶體(ti) 中的光子帶隙。
早在1987年，多倫(lun) 多大學的Sajeev John和貝爾通信實驗室的Eli Yablono-vitch就預言了光子帶隙，光子帶隙成為(wei) 20世紀90年代初期光子學領域的研究熱點。他們(men) 的研究設想是通過建立合適的波導結構，從(cong) 而有選擇性地阻止部分具有特定能級（相對光子帶隙而言是指波長）的光子傳(chuan) 輸，而讓其他波長的光子自由通過。此外，波導周期性折射率的微小變化會(hui) 在光子帶隙中引入新的能級，猶如在傳(chuan) 統半導體(ti) 的帶隙中產(chan) 生新的能級。然而，此時建立這種合適的波導結構已被證明是相當困難的，直到1991年，Yablono-vitch等通過在一塊折射率為(wei) 3.6的材料中鑽出多個(ge) 直徑為(wei) 1mm的小孔，實現了世界上第一個(ge) 光子帶隙材料。此後Philip Russel在Yablono-vitch的研究基礎上通過在光纖包層中製作二維的光子晶體(ti) ，並成功地將光限製在空心光子晶體(ti) 光纖的纖芯中，這種二維的光子晶體(ti) 實際上就是玻璃中光波長尺度的周期微空氣孔晶格，因為(wei) 這種新型光纖是依賴光子晶體(ti) 的不尋常特性來導光的，所以稱為(wei) 光子晶體(ti) 光纖。
在光子晶體(ti) 光纖中，隻要選用的纖芯材料折射率高於(yu) 包層的有效折射率，采用二維光子晶體(ti) 作為(wei) 光纖的包層是有可能的。具有該結構的光子晶體(ti) 光纖的一個(ge) 例子是矽固體(ti) 纖芯被具有三角形晶格空氣孔的光子晶體(ti) 包層包圍，如圖1.1所示。這些光纖的導光是通過全內(nei) 反射（TIR），稱為(wei) 改進TIR進行的，因而稱為(wei) 折射率導引型光子晶體(ti) 光纖。導引機理被定義(yi) 為(wei) “改進”，是由於(yu) 包層的折射率不像傳(chuan) 統的光纖是一常數，而是會(hui) 隨波長變化。
圖1.1 實心三角形光子晶體(ti) 光纖顯微圖像
二、折射率導引型光子晶體(ti) 光纖特性及国产成人在线观看免费网站
1、無截止單模
第一根實心光子晶體(ti) 光纖與(yu) 圖1.1非常相似，由一個(ge) 三角形晶格的空氣孔構成，其中空氣孔的直徑d≈300nm，孔間距=2.3μm。這種光纖在實驗中似乎從(cong) 未顯示出多模特性，即使對於(yu) 短波長也是如此。Ressell已經解釋了可以通過將光纖中這些空氣孔晶格比作模式濾波器或“篩子”用來理解光子晶體(ti) 光纖所具有的這種獨特的無截止單模特性。對於(yu) 三角形光子晶體(ti) 光纖的深入研究表明：當d/Λ<0.4時，三角形光子晶體(ti) 光纖就成為(wei) 無截止單模光纖，即光纖對於(yu) 任意波長均呈現單模特性。在該條件下，纖芯尺寸或空氣孔的間距決(jue) 定了光纖的零色散波長、模場直徑（MFD）和數值孔徑（NA）。
2、大模場麵積大數值孔徑
大模場麵積光纖是解決(jue) 光纖激光器功率提升麵臨(lin) 的非線性效應及光纖損傷(shang) 的一種最直接有效的途徑。然而，為(wei) 保證輸出激光的光束質量，在要求大模場麵積（LMA）的同時，必須使光纖能夠單模運轉。而傳(chuan) 統的單模光纖的纖芯直徑很小，難以實現大模場麵積；增大纖芯直徑則不可避免地會(hui) 造成多橫模競爭(zheng) ，影響輸出光束質量。光子晶體(ti) 光纖無截止單模的特性使得光子晶體(ti) 光纖被製作成大模場光纖成為(wei) 可能，在保證單模傳(chuan) 輸的前提下，適當改變纖芯尺寸或空氣孔的間距即可得到更大的模場直徑（MFD）和數值孔徑(NA)。因此，光子晶體(ti) 光纖可實現單模大模場麵積，在保證激光傳(chuan) 輸質量的同時，顯著降低光纖中的激光功率密度，減小光纖中的非線性效應，提高光纖材料的損傷(shang) 閾值；其次，光子晶體(ti) 光纖可以實現較大的內(nei) 包層數值孔徑，從(cong) 而提高抽運光的耦合效率，可采用長度相對較短的光纖實現高功率輸出。
如圖1.2所示為(wei) 空氣包層光子晶體(ti) 光纖，由於(yu) 光纖中具有較大的矽脊寬度和空氣包層，這些特點導致光纖的纖芯和包層之間的折射率差極大地提高，這也就決(jue) 定了光纖具有很大的數值孔徑。
圖1.2 空氣包層光子晶體(ti) 光纖橫截麵顯微圖
3、色散控製
在光子晶體(ti) 光纖中，光纖色散可以被控製和以空前的自由度進行調節。如果不斷增大光子晶體(ti) 光纖的空氣孔，其纖芯就會(hui) 變得越來越孤立，如果將整個(ge) 光纖的結構做的非常小，其零色散波長就會(hui) 被轉移到可見光波段；相反的，在空氣孔較小的光子晶體(ti) 光纖中，光纖具有較低的空氣填充比，此光纖可在一些特定的波長範圍內(nei) 具有非常平坦的光纖色散曲線。
4、超高非線性特性
實心光子晶體(ti) 光纖的重要特點是通過增大光纖的空氣孔，或者減小纖芯的尺寸，光纖中可以實現比傳(chuan) 統光纖大的多的有效折射率差，此時，光波會(hui) 被約束在光纖的矽纖芯中，這樣可以起到對導波模式很強的限製作用。如此可在光纖的纖芯中聚集很高的光場強，這樣就增強了光纖的非線性效應。而且，光子晶體(ti) 光纖可用來製作具有所需色散特性的非線性光纖器件。目前這是光子晶體(ti) 光纖最重要的国产成人在线观看免费网站領域。
圖1.4 適用於(yu) 產(chan) 生超連續譜的光子晶體(ti) 光纖橫截麵顯微圖
一個(ge) 重要的例子是產(chan) 生超連續譜，即通過高功率的光脈衝(chong) 在非線性介質中傳(chuan) 輸來產(chan) 生寬帶超連續譜。超連續譜並非指某種特別的現象，實際上是指各種非線性效應，它們(men) 共同導致了非常大的光頻譜展寬。超連續譜產(chan) 生的決(jue) 定因素是非線性介質的色散，通過適當的色散特性設計能夠明顯的降低超連續譜的功率要求。
5、高雙折射
光子晶體(ti) 光纖與(yu) 傳(chuan) 統的保偏光纖（蝴蝶結形、橢圓形、熊貓形）不同，這些傳(chuan) 統保偏光纖中至少使用了兩(liang) 種不同的玻璃材料，而每種材料的熱膨脹係數不同，因此存在溫度敏感的問題；而光子晶體(ti) 光纖所能獲得的雙折射特性對溫度極不敏感，這是許多領域都需的一個(ge) 重要特征。
圖1.5 保偏光子晶體(ti) 光纖橫截麵顯微圖
三、 光子帶隙導引型光子晶體(ti) 光纖（空心光子晶體(ti) 光纖）
當光子晶體(ti) 光纖的纖芯區域具有比外圍的光子晶體(ti) 包層小的折射率，光的導引傳(chuan) 輸機理不同於(yu) 全內(nei) 反射，而是基於(yu) 存在的光子帶隙（PBG）。事實上，構成光子晶體(ti) 光纖包層的空氣孔微結構是二維光子晶體(ti) ，它是一種具有光子帶隙特征的周期性電介質材料，特定波長範圍的光是不能傳(chuan) 輸的。光可以在光子晶體(ti) 光纖空心的空氣中被導引傳(chuan) 輸，因而可提供很多有前途的国产成人在线观看免费网站，如低損耗波導、高功率傳(chuan) 輸、對光纖彎曲引入的損耗不敏感。空氣導引的光子晶體(ti) 光纖幾乎對彎曲不敏感，具有極端的色散特性、高度依賴波導元件。最後，如將合適的氣體(ti) 、液體(ti) 填充在空心中，光子晶體(ti) 光纖可用於(yu) 傳(chuan) 感国产成人在线观看免费网站和非線性光學。
圖1.6光子帶隙導引型光子晶體(ti) 光纖（空心光子晶體(ti) 光纖）
上海昊量光電設備有限国产黄色在线观看目前供應上述所有類型的光纖，並且可以根據客戶要求進行各種光子晶體(ti) 光纖定製。同時昊量光電還推出一係列用於(yu) 高功率超快激光器傳(chuan) 輸的空心光子晶體(ti) 光纖，主要用於(yu) ：
（一）脈衝(chong) 壓縮
（二）頻率轉換
（三）光譜和傳(chuan) 感
（四）超短激光脈衝(chong) 傳(chuan) 輸
（五）光和氣體(ti) 作用相關(guan) 實驗
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