光子晶體光纖(PCF),是在1987年提出的光子晶體概念基礎上,由1995年開始付諸實現(xiàn)的光纖。光子晶體光纖是一種新型光纖,其結構和導光機理都與普通光纖不同,呈現(xiàn)出許多在傳統(tǒng)光纖中難以實現(xiàn)的特性,并因此受到廣泛關注。在光子晶體光纖中的光纖芯徑中進行的光波導傳送原理是:全反射及光子帶隙(PBG)。
光子晶體光纖斷面圖
在光纖芯徑中空的情況下,依據(jù)對包層通過周期性結構的設置,會產(chǎn)生與半導體能隙類似的PBG光纖。在固體芯徑的情況下,在包層中插入高折射率芯棒,會生成抗諧振反射。該光纖也被稱為多孔、微結構光纖。
作為全反射的應用例子,在歷來的階躍式石英光纖的包層上,留有空孔,就成為多孔光纖(holey fiber)。在包層上設置的空孔,會改變包層折射率,光波會在光纖芯徑、包層邊界上發(fā)生全反射,光波只能限制在光纖芯徑中傳播。這也是傳統(tǒng)單模光纖原理,具有可減少彎曲損耗和可控零色散波長的良好優(yōu)勢。目前,多孔光纖已經(jīng)實現(xiàn)了與常規(guī)光纖接近的損耗水平,并已開始提供商用。
基于上述原理,可以說這就是光子帶隙光纖(PBF)。擁有空心芯徑和包層折射率周期性結構,能夠區(qū)分為在包層上設置空氣孔光纖PBF,和在包層上把與軸成對稱的高、低折射率層成周期性配置的光纖(即柱狀光纖)。如果在包層中插入一個高折射率實芯棒,就可使光波在光纖芯徑中傳播,它被稱為全固體光纖或光偏振模光纖。
在光纖芯徑中空的情況下,假如能夠把光有效地限制在芯徑中,就能夠實現(xiàn)低損耗、低色散,并減少非線性影響,使光通信用高功率傳送成為可能。提高發(fā)送光功率,對提高傳輸距離,至關重要。
光子晶體光纖,具有在石英玻璃中(包層)有空孔的配列構造。隨著PCF的空孔陣列結構和空孔尺寸大小的變化,將呈現(xiàn)出與通常光纖不同的特點,即表現(xiàn)在高非線性、色散可控性、極化波保持和單模工作等各方面上。如果將PCF光纖光波傳輸原理進行分類,可以分為折射率波導型PCF光纖和光子帶隙光纖兩種。
折射率波導型PCF光纖,通常光纖芯徑是玻璃,在包層上有空孔存在。傳統(tǒng)光纖在包層部通過添加化合物而使其折射率比光纖芯徑低,光波就被局限在光折射率較高的芯徑中傳播,PCF光纖因包層部的空孔使得實際的折射率比光纖芯徑的折射率低,從而實現(xiàn)光的全反射。
PBF光纖是由光子帶隙結構所構成的一種閉合光的光纖。芯徑是空洞,把二維的空孔配置在包層中,把反射光局限在光纖芯徑內進行傳播。對光纖結構要求有嚴格的周期性,同時要求空孔尺寸大小必須均一性。像這樣的光子晶體光纖,通過讓包層和芯徑實際的折射率產(chǎn)生差異,使它比一般光纖更具優(yōu)勢,即可自由設置,即使在短波長范圍內,也可構成單模光纖,同時還可實現(xiàn)大芯徑的單模光纖。進而把在光纖中的導波路,分散在很寬的范圍內,以實現(xiàn)在短波長段零色散等各種各樣光纖,和芯徑非圓形的偏振模保持光纖。這將使光纖傳輸通路,得到極大提高。
目前美日等國,都有光子晶體光纖光纜面市,這將使光纜通信跨入到一個新階段。
據(jù)最新消息:新方法使光子晶體可耐超高溫
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