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阅读报告光子晶体光纤朱兴国学号2014E8018562011摘要：光子晶体光纤通过集结在一个周期性的微观的沿整个纤维长度数组空气孔来传导光波。主要是通过克服传统光纤的极限来—比如，允许在中空的低损耗光波导—这些光纤涵盖了很多学科的重要技术和科学应用。这些导致了重新对光纤的兴趣和应用。由于具有独特的结构和光学特性，光子晶体光纤在非通讯领域的应用受到广泛关注。对光子晶体光纤的分类、导光机制、制备工艺、光纤特性关键词：光子晶体光纤光子禁带光子晶体光纤（PCF）线性光非线性光传统光纤标准的“阶梯折射率”光纤通过全反射来传导光波，即中心层的反射率指数比光纤中心包裹层的更高。光束在中心和外层的边界处能够发生全反射。光波的本质属性表明只能够允许按照特定的角度在其中传播，只允许很少模式能够在其中传导。如果只允许一个模式存在，那么这光纤就叫单模光纤。1、光子晶体光纤的基本原理光子晶体(photonic crysal)概念最初由E. Yablonovitch和S. John于1 987年各自提出的他们期望由介电常数周期分布构成的介质材料能够改变其间传播的光的性质类似于半导体材料中具有周期性电势场的原子晶格结构使电子形成能带结构光子晶体中在一维二维或三维空间中折射率的周期性分布能够使得在其间传播的光子形成禁带结构即产生光子禁带(photonic band gap PBG)光子之于人工周期性介电材料相当于电子之于半导体材料。光子晶体光纤(photonic crystal fiber PFD)的概念最早由ST. J. Russell等人于1992年提出它是在石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔从光纤端面看存在周期性二维结构如果其中1个孔遭到破坏和缺失则出现缺陷，光能够在缺陷内传播与普通单模光纤不同，PCF是由其中周期性排列空气孔的单一石英材料构成所以又被称为多孔光纤(holeyfiber)或微结构光纤(micro-structured fiber)由于PCF的空气孔的排列和大小有很大的控制余地可以根据需要设计PCF的光传输特性。所以它激起了人们浓厚的兴趣，PCF具有特殊的色散和非线性特性在光通信领域具有广泛的应用前景。2、光波传导机制（主要讲禁带传播）ＰＣＦ具有传统光纤的传导机制十分不同，因为ＰＣＦ中心的折射率指数比外层有效折射率指数低，所以通过全反射来传导是不可能的。光在空心ＰＣＦ中通过周围的光电子结构来限制和被引导在唯一的光纤中心传播的，这种结构是在玻璃中形成的周期性空气柱阵列。通过这种结构，光是通过“out-of-plane”的光子禁带来传播，这种禁带具有极低损耗在一个相对较窄的带宽中。光子禁带“out-of-plane”概念是指在给出的一个二维光子结构具有光传播的禁止频率，这些光波的波矢的组分超过三维（非线性平面）的β不是必要的零点。β是非常有用的参数，就像是频率和作者用于下结论的用的方式，一个能带图卓有成效的联系了传播常数和频率在光波传导和固体物理之中的关系。由于包层中的周期性排列的点阵结构形成了二维布喇格光栅,满足布喇格反射条件的光就会被局限中央空心缺陷中，从而使光沿光纤轴向传播。这种导光机制称为光子带隙效应。数值分析表明如图一所示的六边形晶格结构存在完全的二维禁带, 即在一定频率范围内光无法在横向传播;只有在空气孔相当大的时候(孔直径不小于孔间距的4O % )禁带会出现。在光纤制备过程中通过控制空气孔中的气压可以改变包层空气孔的直径D以及孔间距Λ来调整空气占空比( Air-filling-fraction, AFF) 。空气占空比可以简单理解为光纤的包层中玻璃与空气的面积之比。它是影响实心光子晶体光纤性能的一个重要参数, 其数值的大小直接决定了光纤的非线性系数和色散曲线。图一我们可以通过调整周期结构，空气柱的比例来得到我们想要的禁带频率的位置及其禁带的宽度。在图二（a）中，得到投影带图，集中在分散的真空的曲线圆对于带有不同空气直径D的三角晶格，并保持投影的面积Λ不变。有颜色部分代表着能态密度（DOS）被支持的模式。DOS=0对应的能带隙显示的是白色。当D/Λ=90%及以下的，能带结构已经被计算出来在几个窄能带隙与1995年Birks的结果相符合。并且随着D/Λ的增长，能带隙被确定在更高的频率区域内，（在KΛ=9，D/Λ=90%处），趋势于收缩甚至消失掉，然而在KΛ=9后趋势越来越明显：即将会获得越来越宽的带隙，且其频率的位置想上移（图二b）。图二c可以知道带隙的能带宽度随着D/Λ的变化，并且可以看出其截至值，能带变宽的速度非常的快，比如96%的带宽是94%的2倍。甚至，其带宽图在D/Λ=100%，显示的是在纯理论目的而不可能在制造中实现，这就表明上面所提及的能带隙都由于玻璃的特性而锁定在插入的空气柱的堆叠。图二3、光子晶体光纤的制造PCF的制