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小火龍果

2023-11-07 10:35

RP 系列激光分析設(shè)計軟件 | 光子晶體光纖

由 Philip St. J. Russell 的研究小組在 20 世紀 90 年代開創(chuàng)的光子晶體光纖的發(fā)展和對各種可能應(yīng)用的探索引起了人們的極大興趣。該領(lǐng)域是光子帶隙結(jié)構(gòu)這一更廣泛的領(lǐng)域的一部分，同時也利用了其他概念，可以被認為是當前光學研究中最活躍的領(lǐng)域之一。部分原因是這些光纖在設(shè)計上提供許多自由度，以實現(xiàn)各種特殊性能，這使它們具有廣泛的應(yīng)用(見下文)。

光子晶體光纖的制作
氣孔呈三角形圖案，缺少中心孔。灰色區(qū)域表示玻璃，白色圓圈表示典型尺寸為幾微米的氣孔。

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圖1: 一種常用的實芯光子晶體光纖設(shè)計。

光子晶體光纖（也稱為孔狀光纖、孔輔助光纖、微結(jié)構(gòu)光纖）的波導特性并非來自于空間變化的玻璃成分，而是來自排列緊密的微小氣孔，這些氣孔貫穿光纖的整個長度。這種氣孔可以通過使用具有（較大）氣孔的預制棒來獲得，例如通過堆疊毛細管或?qū)嵭墓?堆疊管技術(shù))并將它們插入一個較大的管中來制成。通常，首先將預制棒被拉伸成直徑例如為1 mm 的棒，然后被拉伸成最終直徑例如為125 μm 的光纖。
特別是軟玻璃和聚合物（塑料）也可以通過擠壓法制造光子晶體光纖的預制件。由于孔的排列方式千差萬別，形成了具有不同性質(zhì)的光子晶體光纖。所有這些光子晶體光纖都可以視為特種光纖。

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圖2:光子晶體光纖預制棒的檢測。圖片由南安普敦大學光電研究中心提供。

大多數(shù) PCF 由純?nèi)廴谑⒅瞥桑@與上述制造技術(shù)兼容。然而，已經(jīng)證明了由其他材料制成的各種 PCF 中，最值得注意的是重金屬軟玻璃和聚合物（塑料光纖），有時甚至用于太赫茲輻射。另一個有趣的方法也是用 3D 打印技術(shù)生產(chǎn)軟玻璃 PCF 預制件。

光子晶體光纖設(shè)計
根據(jù)設(shè)計的不同，光波導的物理機制可能會有很大的不同。最重要的幾種設(shè)計如下。

三角形孔模式
最簡單(也是最常用)類型的光子晶體光纖具有三角形的氣孔圖案，其中一個氣孔缺失(見圖1)，即實芯被氣孔陣列包圍。這種光子晶體光纖的導向特性可以通過有效折射率模型大致地理解：缺失孔的區(qū)域具有更高的有效折射率，類似于傳統(tǒng)光纖中的纖芯。這種制導原理可以在非常寬的波長范圍內(nèi)工作；甚至可以在非常寬的光譜范圍內(nèi)獲得單模制導（無限單模光纖）。