光子晶体光纤原理及发展1.docVIP

光子晶体光纤的原理及发展现状 物电学院 13级无线电物理专业 钟小清 摘要：光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤，其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性，其中之一就是在可见光和近红外波段能够呈现反常色散。在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等实际应用中。本文介绍了光子晶体光纤发展的历史背景及其发展现状，重点叙述了光子晶体光纤的导光原理及光子晶体光纤的主要特性，并且对发展前景进行了展望。 关键词：光子晶体光纤，PCF导光机理 Photonic Crystal Fiber and it’s Dispersion ABSTRACT：a new type of fiber, known as photonic crystal fiber(PCF), has emerged in the past several years.These fibers are characterized by wavelength-scale air holes running along the entire fiber length in the cladding region,which have resulted in some unusual properties unattainable with conventional optical fibers. In Particular, PCF can disply a anomalous dispersion in the visible and near-infrared wavelength range. Dispersion characteristics of PCFs are very important for realistic applications of optical fiber communications, dispersion compensation and nonlinear optics. The article introduces the history and Current situation of the development of PCF. Principle of photonic crystal fiber and the main characteristics of photonic crystal fiber are described mainly, and the development foreground is prospected. Key words: Photonic Crystal Fiber, dispersion, Mechanism of light transmission 1 历史背景及发展现状 光子晶体（PC）是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料，其概念是198年分别由S. Jo n和E. Yablonovitch提出来的，就是将不同介电常数的介质材料在一维、二维或者三维空间组成具有光波长量级的折射率周期性变化的结构材料。 光子晶体的发现，可以说是光和电磁波传播与控制技术方面的一次革命。与电子晶体不同，光子晶体是折射率周期性变化产生光子能带和能隙，频率（波长、能量）处在禁带范围内的光子禁止在光子晶体中传播。当在光子晶体中引入缺陷使其周期性结构遭到破坏时，光子能隙就形成了具有一定频率宽度的缺陷区。我们知道，现代信息技术爆炸之发端是人类能以极为精巧复杂的方法控制半导体中电子流的能力，光子晶体则可以让人们同样地控制光子，甚至控制得更为灵活多样。可以预见，光子晶体将在光通信、光学、光电子学和信息科学等方面引发革命性变革，极有可能在21世界扮演更为重要的角色。1999年12月17日，国际权威杂志《Science》将光子晶体方面的研究列为当今十大科学进展之一。 光子晶体光纤的概念最早在1992年由St.J.Russell等人提出[1]，其初衷是要在光纤中引入光子带隙效应实现对光的导引。受到制备工艺的限制，直到1996年首根光子晶体光纤才成功问世，光纤横截面如图1-1(a)所示。该光纤具有独特的无尽单模传输特性，在学术界和产业界引起极大的轰动。然而研究发现，该光纤虽然具有周期性的包层结构，但遵循的是传统光纤的全反射型导光机制(Total Internal Reflection，TIR)，并未利用光子带隙效应。进一步分析表明，这一类光纤的传输特性并不依赖于包层气孔的周期排布。在特定条件下，无序排布的气孔结构也可以实现无尽单模传输。人们将这一类光纤称为全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)或折射率导