0.引 言

光子晶體光纖（PCF，photonic crystal fiber）的概念最早由ST. J. Russell等人于 1992年提出。這一光纖在石英光纖中沿軸向均勻排列著空氣孔，從光纖的端面看，存在周期性排列的二維結(jié)構(gòu)，如果其中 1 個(gè)孔遭到破壞或缺失，就會(huì)出現(xiàn)缺陷，光能夠在缺陷內(nèi)傳輸，與普通單模光纖不同，光子晶體光纖是由其中周期性排列空氣孔的單一石英材料構(gòu)成，所以又被稱為多孔光纖 （holey fiber） 或是微結(jié)構(gòu)光纖（micro- structuredfiber）。世界上的第一根光子晶體光纖于 1996年由英國(guó) Bath大學(xué)的J. C. Knight 等人制作。

根據(jù)光子晶體光纖的導(dǎo)光機(jī)理可以把它分為兩大類型：全反射導(dǎo)光型（TIR，total internal reflection）和光子帶隙導(dǎo)光型（PBG，photonic band gap）。與傳統(tǒng)光纖比，光子晶體光纖具有許多重要的特點(diǎn)，如可以在很大的波長(zhǎng)范圍內(nèi)保持單模傳輸特性；可以在大模場(chǎng)面積的光子晶體光纖里保持單模傳輸特性；空氣孔結(jié)構(gòu)的變化可以導(dǎo)致許多重要的應(yīng)用，如高雙折射光纖；PCF具有特殊的色散特性，可以通過調(diào)整空氣孔結(jié)構(gòu)來(lái)改變光纖的零點(diǎn)色散。通過改變光纖纖芯的大小，可以使光纖具有極低和極強(qiáng)的非線性效應(yīng)等等。

1.光子晶體光纖的基本原理

光子晶體光纖具有周期性的排列結(jié)構(gòu)，它同傳統(tǒng)的光纖在傳輸機(jī)理上有很大的不同，根據(jù)光子晶體光纖的分類，確定了兩類基本的傳輸模型。

1.1.全反射型（TIR）光子晶體光纖

全反射型光子晶體光纖纖芯的折射率高于包層的平均折射率，因此由傳統(tǒng)的光學(xué)理論可以認(rèn)為光束被束縛在光纖中傳輸。通過改變石英同空氣孔的比例關(guān)系可以調(diào)節(jié)光纖折射率差的大小，當(dāng)空氣孔足夠小的時(shí)候，任意波長(zhǎng)的光均能在光纖中傳輸而不被截止，成為“無(wú)盡單模”的傳輸特性。[2]這種光纖的傳輸原理同普通光纖相似，通常利用分析普通光纖的類似方法進(jìn)行分析和研究工作。圖 1 為全反射型光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)圖。

1.2.光子帶隙型（PBG）光子晶體光纖

光子帶隙存在于光子晶體中，光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)材料周期性排列而成的，當(dāng)它的排列周期大小同光的波長(zhǎng)差別不大時(shí)，周期性的結(jié)構(gòu)會(huì)使光子晶體具有類似電子晶體一樣的能帶結(jié)構(gòu)，使某些波長(zhǎng)的光不能通過光子晶體傳輸，如果引入一個(gè)缺陷破壞它的周期性質(zhì)，則這個(gè)波長(zhǎng)的光就可以在這個(gè)缺陷中傳輸。[3]光子帶隙型光子晶體光纖就是這種類型的光子晶體。圖 2為光子帶隙型光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)圖。

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