光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖,近年來引起廣泛關(guān)注,它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布,通常含有不同排列形式的氣孔,這些氣孔的尺度與光波波長大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)長度,光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如,可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸;包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì);排列不對(duì)稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng),這為我們?cè)O(shè)計(jì)高性能的偏振器件提供了可能。
光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)光原理:
就結(jié)構(gòu)而言,光子晶體光纖可以分為實(shí)心光纖和空心光纖。實(shí)心光纖是將石英玻璃毛細(xì)管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃棒周圍的光纖??招墓饫w是將石英玻璃毛細(xì)管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃管周圍的光纖。
光子晶體光纖導(dǎo)光機(jī)理可以分為兩類:折射率導(dǎo)光機(jī)理和光子能隙導(dǎo)光機(jī)理。
折射率導(dǎo)光機(jī)理:周期性缺陷的纖心折射率(石英玻璃)和周期性包層折射率(空氣)之間有一定的差別,從而使光能夠在纖芯中傳播,這種結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖導(dǎo)光機(jī)理依然是全內(nèi)反射,但與常規(guī)G.652光纖有所不同,由于包層包含空氣,所以這種機(jī)理稱為改進(jìn)的全內(nèi)反射,這是因?yàn)榭招竟庾泳w光纖中的小孔尺寸比傳導(dǎo)光的波長還小的緣故。
光子能隙導(dǎo)光機(jī)理:在理論上,求解電磁波(光波)在光子晶體中的本征方程即可導(dǎo)出實(shí)芯和空芯光子晶體光纖的傳導(dǎo)條件,其結(jié)果就是光子能隙導(dǎo)光理論。
中心為空芯,雖然空芯的折射率比包層石英玻璃低,但仍能保證光不折射出去,這是因?yàn)榘鼘又械男】c(diǎn)陣構(gòu)成光子晶體。當(dāng)小孔間的距離和小孔直徑滿足一定條件時(shí),其光子能隙范圍內(nèi)就能阻止相應(yīng)光傳播,光被限制在中心空芯之內(nèi)傳輸。
最近有研究表明,這種HF 中可傳輸99 %以上的光能,而空間光衰減極低,因此光纖衰減可能只有標(biāo)準(zhǔn)光纖的1/2~1/4。但并不是所有光子晶體光纖都是光子能隙導(dǎo)光。
空芯光子晶體光纖的光子能隙傳光機(jī)理的具體解釋是:在空芯光子晶體光纖中形成周期性的缺陷是空氣,傳光機(jī)理是利用包層對(duì)一定波長的光形成光子能隙,光波只能在空氣芯形成的缺陷中存在和傳播。雖然在空芯光子晶體光纖中不能發(fā)生全內(nèi)反射,但包層中的小孔點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)就像一面鏡子,這樣光就在許許多多的小孔的空氣和石英玻璃界面多次發(fā)生反射。