光子晶體光纖的特點(diǎn)性能及應(yīng)用

光子晶體光纖（Photonic Crystal Fibers， PCF）又被稱(chēng)為微結(jié)構(gòu)光纖（Micro-Structured Fibers， MOF），近年來(lái)引起廣泛關(guān)注。

微結(jié)構(gòu)光纖的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，實(shí)芯光子晶體光纖的纖芯是導(dǎo)光玻璃材料，包層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(zhǎng)大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)光纖長(zhǎng)度，光波依然通過(guò)全反射限制在芯區(qū)傳播。

空芯的光子晶體光纖可以實(shí)現(xiàn)空芯傳輸，包層的結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，node點(diǎn)有極為嚴(yán)格的位置要求，形成周期性的折射率變化。制作工藝更為苛刻。纖芯的引入使其周期性結(jié)構(gòu)遭到破壞時(shí)，就形成了具有一定頻寬的缺陷態(tài)或局域態(tài)，而只有特定頻率的光波可以在這個(gè)缺陷區(qū)域中傳播，其他頻率的光波則不能傳播，即光子帶隙效應(yīng)。這種結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖所具有的極低的非線(xiàn)性效應(yīng)和傳輸損耗使其在傳輸高能激光脈沖和遠(yuǎn)距離信息傳遞方面具有很大的潛在優(yōu)勢(shì)。

前幾天陸續(xù)分享了最初提出光子晶體光纖概念的Philip Russell的講座（超過(guò)4小時(shí)的視頻）。在Russell教授的講座中還有一類(lèi)不同于帶隙光纖的空芯光纖叫負(fù)曲率光纖。通過(guò)較為簡(jiǎn)潔的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的更低衰減。

（1）Philip Russell- 光纖講座 1

（2）Philip Russell - 特種光纖技術(shù)講座（2）

（3）Philip Russell - 特種光纖講座（3）

（4）Philip Russell - 特種光纖講座（4）最后一期

（5）光與物質(zhì)相互作用（光子晶體光纖）Philip Russell

（6）下一代光纖技術(shù)（Jonathan Knight教授）

光子晶體光纖克服了傳統(tǒng)光纖光學(xué)的限制，為許多新的科學(xué)研究帶來(lái)了新的可能和機(jī)遇。盡管現(xiàn)在只有一小部分研究小組能夠制造這種光子晶體光纖，但是極快的發(fā)展速度和非常有效的國(guó)際間科學(xué)合作使得光子晶體光纖在許多不同領(lǐng)域中的應(yīng)用獲得快速發(fā)展。最典型的例子就是英國(guó)Bath大學(xué)研究者們參與的一個(gè)合作，他們制作的光子晶體光纖成功地用于德國(guó)普朗克量子光子學(xué)研究所T.Hansch教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組所研究的高精密光學(xué)測(cè)量中。

值得一提的是，從發(fā)現(xiàn)光子晶體光纖能夠產(chǎn)生超連續(xù)光譜這一特性到將其應(yīng)用到光計(jì)量學(xué)中的時(shí)間間隔僅有幾個(gè)月，而T.Hansch教授則因在超精密光譜學(xué)測(cè)量方面成就斐然，尤其為完善“光梳”技術(shù)作出了重要貢獻(xiàn)而獲得了2005年度的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

光子晶體光纖作為一類(lèi)新型光纖的代名詞（其實(shí)結(jié)構(gòu)還有很多），物理特性很突出，正在以極快的速度影響著現(xiàn)代科學(xué)的多個(gè)領(lǐng)域。

利用光子帶隙結(jié)構(gòu)來(lái)解決光子晶體物理學(xué)中的一些基本問(wèn)題，如局域場(chǎng)的加強(qiáng)、控制原子和分子的傳輸、增強(qiáng)非線(xiàn)性光學(xué)效應(yīng)、研究電子和微腔、光子晶體中的輻射模式耦合的電動(dòng)力學(xué)過(guò)程等。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)和理論研究結(jié)果都表明，光子晶體光纖可以解決許多非線(xiàn)性光學(xué)方面的問(wèn)題，產(chǎn)生寬帶輻射、超短光脈沖，提高非線(xiàn)性光學(xué)頻率轉(zhuǎn)換的效率，用于光交換等。

光子晶體光纖的應(yīng)用還有些小問(wèn)題，例如耦合、衰減、彎曲、端面處理等，需要逐漸解決。一個(gè)好的研發(fā)，從“新”到“成熟”，需要時(shí)間的打磨。從光子晶體光纖相關(guān)的文獻(xiàn)引用量來(lái)看，大家都開(kāi)始認(rèn)識(shí)和逐步使用光子晶體光纖。不難想象，不久的將來(lái)我們還會(huì)發(fā)現(xiàn)光子晶體光纖更多的性質(zhì)，更多的應(yīng)用領(lǐng)域。

審核編輯：郭婷