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光子晶体及光子晶体光纤的研究现状与发展趋势 - 光子晶体

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摘要:光子晶体光纤(PCF)由于具有传统光纤无法比拟的奇异特性,吸引了学术界和产业界的广泛关注,在短短的十年内PCF的研究取得了很大的进展。本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法, 介绍了PCF的发展以及最新成果。

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1、前言

光子晶体光纤(photoniccrystalfiber,PCF),又称多孔光纤或微结构光纤,以其独特的光学特性和灵活的设计成为近年来的热门研究课题。这类光纤是由在纤芯周围沿着轴向规则排列微小空气孔构成,通过这些微小空气孔对光的约束,实现光的传导。独特的波导结构,灵活的制作方法,使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性,有效地扩展和增加了光纤的应用领域[1]。在光纤激光器这一领域内,PCF经专门设计可具有大模面积且保持无限单模的特性,有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体,并把双包层概念引入到光子晶体光纤中,将使光纤激光器的某些性能有显著改善。近年来,国内外的很多大学和科研单位都在积极开展光子晶体光纤激光器的研究工作[2]。目前,国外输出功率达到几百瓦的光子晶体光纤激光器已有报道。本文阐述了PCF的一些独特光学性质、制作技术及其理论研究方法,介绍了PCF的发展以及最新成果。

2、光子晶体光纤的导光原理

按导光机理来说,PCF可以分为两类:折射率导光机理和光子能隙导光机理。

2.1折射率导光机理

周期性缺陷的纤芯折射率(石英玻璃)和周期性包层折射率(空气)之间有一定差别,从而使光能够在纤芯中传播,这种结构的PCF导光机理依然是全内反射,但与常规G.652光纤有所不同,由于包层包含空气,所以这种机理称为改进的全内反射,这是因为空芯PCF中的小孔尺寸比传导光的波长还小的缘故[3]。

(2010-04-15)