P.St.J.Russell等人［61］在1992年首次提出光子晶体光纤的概念，这种特殊结构的光纤基于光子晶体技术。光子晶体光纤一般由石英材料构成，在沿光纤长度的方向上均匀排列着波长量级的空气孔从而构成微结构包层。从光纤端面看，存在二维周期性结构。其导光纤芯可以是低损耗介质(如石英)或空气，由于空气孔的排列和大小有很大的控制空间，可以根据需要设计光纤的光传输特性。
光子晶体光纤根据导光机制的不同可以分为两类:全内反射型光子晶体光纤(Total Internal Reflection，TIR-PCF)和光子带隙型光子晶体光纤(Photonic Band Gap， PBG-PCF)。图1.17为光子晶体光纤的发展，包括TIR-PCF和PBG-PCF的多种截面图。TIR-PCF的导光机制是改进的全内反射这与传统光纤相似，也是利用了PCF包层的有效折射率低于纤芯的折射率而形成的全内反射效应;PBG-PCF利用的是PBG效应，这种PBG效应是在光子晶体材料中通过具有合适大小和间距的空气孔形成周期性的排列而产生的，这种结构对于某一方向的波矢来说具有光子带隙效应，使频率位于带隙中的光不能在包层中传输，光纤中心处的大孔(或实心)相当于晶体结构中的线缺陷，使不能在包层中传输的光都局域在缺陷中。
图1.16 光子晶体的理论模拟与蓝光光子晶体芯片样品
在光子晶体光纤的研究过程中，1996年，R.J.Russell小组的J.C.Knight等人［62］首次制造了具有光子晶体包层结构的光子晶体光纤，形成类似于普通阶跃光纤的基于折射率引导型波导。此后，不断设计和拉制出具有各种几何结构和光学特性的折射率引导型光子晶体光纤，例如:通过光纤横截面的两个正交方向上空气孔不对称排列，可以设计出高双折射的保偏光纤［63，64］，甚至设计出只有一个偏振模式的绝对单模光纤［65］，用于包层泵浦高功率激光器的双包层光子晶体光纤［66］、柚子光纤［67］、高非线性光纤［68］、大模场面积光纤［69］等。在折射率引导光子晶体光纤获得广泛关注的同时，1998年，Knight等人［70］又首先制造出蜂窝包层结构的光子带隙光纤，这种光纤包层具有蜂窝型空气孔排列结构，纤芯处通过引入一个空气孔缺陷，但是早期研究的蜂窝形包层光子带隙光纤由于包层空气填充率低，在这种光纤中传导的光，能量主要分布在石英中，且基模光场呈环形，不易与其他器件耦合，所以没有得到广泛的应用。此后，Cregan等人［71］于1999年制造出最早的空气传导光子带隙光纤，光纤包层是三角形排列的空气孔结构，在拉制过程中除去中心7个毛细管，从而形成一个更大的空气孔缺陷作为纤芯，其包层空气填充率很高，保证光子带隙中的空气传导模式。空气传导光子带隙光纤在气体非线性研究、高功率光传输以及微观粒子传导等方面具有重要的价值。
图1.17 光子晶体光纤的发展(左侧为折射率引导型光子晶体光纤，右侧为光子带隙光纤)
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
