光子晶体光纤.ppt

光子晶体周期排列的微结构材料构成材料: 半导体、绝缘体、金属材料等单元尺寸: 毫米、微米、亚微米 光子晶体的概念是由E. Yablonovitch和S. John于1987年各自提出的。类比于半导体晶体。? 只有当能量E取得某些值时方程才有解，而在某些能量值区域内方程无解，这些无解区域就称为电子的能量带隙。当晶体中出现缺陷，破坏了原来的周期性势场就会在禁带中引入缺陷能级 光波在周期性电介质中传播时遵循麦克斯韦方程 类似于半导体晶体，周期函数ε(r)会导致方程在某些频率区间内无解，即形成光子带隙，频率落在带隙中的电磁波将被禁止在晶体中传播。当向完整光子晶体中引入缺陷或杂质时，周期性被破坏光子禁带中会出现缺陷态，与缺陷态频率吻合的光子会被局限在缺陷位置，偏离缺陷位置则光能量将迅速衰减 自然界中的光子晶体 光子晶体分类 光子晶体光纤（photonic crystal fiber）的概念最早由ST. J. Russell 等人于1992 年提出1996年，J. C. Knight等人拉制了第一根折射率引导光子晶体光纤。1998年，J. C. Knight等人拉制了第一根光子带隙光纤。 光子晶体光纤 PCF中, 存在两种截然不同的导光机制1、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40%）, 禁带才会出现。当该结构中引入缺陷时就会在禁带中产生局域态, PCF 就有可能利用这个局域态沿着光纤方向导光。 2、由于光总是沿着介质中折射率大的方向传播。空气孔相当于减小了“包层”的折射率。PBG 只在特别设计的光子晶体中才会出现, 一般光子晶体并不都具有PBG结构, 相应的也并非所有的PCF都利用PBG 结构导光。PCF中, 存在两种截然不同的导光机制 PCF的一些特性无休止单模特性非线性现象奇异的色散特性易于实现多芯传输 PCF的一些特性无休止单模特性结构合理设计的PCF具备在所有波长上都支持单模传输的能力,即所谓的无休止单模特性这需要满足空气孔足够小的条件， 空气孔径与孔间距之比必须不大于0.2， 才具备无休止单模特性。空气孔较大的PCF, 将会与普通光纤一样, 在短波长区会出现多模现象。PCF的无休止单模特性还与绝对尺寸无关, 光纤放大或缩小照样可以保持单模传输, 这表明可以根据特定需要来设计光纤模场面积。? PCF的一些特性非线性现象减小光纤模场面积，可增强非线性效应，从而使光子晶体光纤同时具有强非线性和快速响应特性。常规光纤有效截面积在50－100μｍ量级，而光子晶体光纤可以做到1μｍ量级在孔中可以装载气体，也可以装载低折射率液体，从而使光子晶体光纤具有可控制的非线性。 PCF的一些特性奇异的色散特性PCF可以用单一的材料制成，因此纤芯和包层可以做到完全的力学和热学匹配，从而可以在非常宽的波段范围内获得较大或者稳定的色散。通过合理调节空气孔的尺寸和间距，可以有效地控制波导色散。设计合理的PCF可获得超过-2000 ps/（nm.km）的色散值，能够很好地补偿在传统光纤中由于材料色散引起的正色散。 PCF的一些特性易于实现多芯传输一是提高了信道通信的容量二是解决了单芯难以胜任的复杂通信网络、矢量弯曲传感、光纤耦合等问题。光子晶体光纤使得多芯的结构能被精确定位且具有良好的轴向均匀性，无须附加其他工艺。 不同类型的光子晶体光纤及其应用空心光子晶体光纤 空心光子晶体光纤中的光是在由周期性排列的硅材料空气孔围成的空心中传输。因为只有很少一部分光在硅材料中传输，所以相对于常规光纤来说，材料的非线性效应明显降低，损耗也大为减少。据预测，空心光子晶体光纤最有可能成为下一代超低损耗传输光纤，在不久的将来，空心光子晶体光纤将广泛应用于光传输，脉冲整形和压缩，传感光学和非线性光学中。目前，已开发出多种商用空心光子带隙光纤，波长覆盖440nm~2000nm。 不同类型的光子晶体光纤及其应用高非线性光子晶体光纤 高非线性光子晶体光纤中的光是在由周期性排列的硅材料空气孔围成的实心硅纤芯中传输。通过选择相应的纤芯直径，零色散波长可以选定在可见光和近红外波长范围（670nm~880nm），使得这些光纤特别适合于采用掺钛蓝宝石激光或Nb3+泵浦激光光源的超连续光发生器 不同类型的光子晶体光纤及其应用传统保偏光纤双折射现象由纤芯附近差异热扩张的合成材料形成，当光纤在拉制降温过程中差异热扩张产生压力。相反保偏光子晶体光纤是由非周期结构纤芯中空气和玻璃的大折射率差而形成双折射现象，从而得到更小的拍长，减小偏振态和保偏消光比之间的耦合曲率。主要用于光传感器、光纤陀螺和干涉仪。保偏光子晶体光纤 光子晶体光纤陀螺 不同类型的光子晶体光纤及其应用超连续光谱发生器的光子晶体光纤 超连续光源主要应