光子晶体光纤的原理、应用和研究进展

1、光电子!激光第5(卷第2期&&年2月RaYQhRb,fR_h_gaRYXgp!Qp_aRhs5(URs2!Ql&&!综述!光子晶体光纤的原理"应用和研究进展#池灏$曾庆济$姜淳上海交通大学宽带光网技术研发中心$上海&%()摘要*光子晶体光纤%与普通光纤在光纤结构"单模特性"色散特性和非线性特性等方面有着显著)+,-的差别.本文将简要分析+并探讨其重要特性以及应用价值$最后回顾了近来+/-的原理$/-的研究进展.关键词*光子晶体0光纤0光子晶体光纤%)0多孔光纤0色散补偿0非线性+/-中图分类号*2(0(3,1,1文献标识码*

2、4文章编号*52678%&&)262(363*$9:;<=>?ABC<DEF>GHAI:H;ABJKKE>?D<>=CD=LMH?H=<9A;NAHCC$S6$/OPOQRTUVWXYZXP4UV/Y%$m$m/_Y_abRacaRQdeQYd,fXgQhU_iRajXYZk_gYRhRZlQYZQXXQRRYZnYXo_apXlQYZQX&($)/XYQ*%)Q$JGC<AD?<+RRYXggalpQhbXe_ap+/-a_qX_dXbb_a_YbaRrpQYdQadRfXgQhbXe_apXYbXe_apa

3、ga_$s$rRd_faRf_aldXpf_apXRYQYdYRYhXY_QaXlPYXpfQf_a_RalXrfRaQYfaRf_aX_pQYdQffhXgQXRYpsQYda_g_YQdoQYg_pRb_p_bXe_apiXhhe_fa_p_Y_d*0,f0+%)0OR0vtHBu;ALC+RRYXggalpQhXgQhbXe_aRRYXg/alpQh-Xe_a+/-h_lbXe_aXpf_apXRYgRr60URf_YpQXRYYhXY_QaXlw引言晶体天线"光子晶体波导和光学集成光路0由光子晶体构成半导体微腔制备无阈值激光器"损耗反射镜及滤波器0当掺入非线性介质进

4、$还可望应用于光开关"($3z光限幅"光双稳和光倍频等y.光子晶体%概念最初由T)s6fRRYXggalpQhxQey5$&zs71年各自提出的.他们hRYRoXg和mRY于5期望$由介电常数周期分布构成的介质材料能够改变其间传播的光的性质.类似于半导体材料中$具有周期性电势场的原子晶格结构使电子形成能带结构0光在一维"二维或三维空间中折射率的周期子晶体中$性分布$能够使得在其间传播的光子形成禁带结构$即产生光子禁带%$.光子之fRRYXgeQYdZQf+cV)于人工周期性介电材料$相当于电子之于半导体材光子晶体因此而得名.料$如果光子频率处于禁带内$光子

5、晶体内的原子"分子的自发辐射和相互作用都会发生根本性的变化.另外$当光子晶体的周期性遭到破坏时$在+cV内会使得光子晶体能够控制光在出现频率极窄的缺陷态$其中的传播.光子晶体的应用和潜在应用包括*光子光子晶体光纤%的概0)fRRYXggalpQhbXe_a+/-2z念最早由m等人y于5s&年提出.它是ks|pp_hh在石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔$从光纤端面存在周期性的二维结构$如果其中5个孔遭到破看$坏和缺失$则会出现缺陷$光能够在缺陷内传播.与普通单模光纤不同$+/-是由其中周期性排列空气孔的单一石英材料构成$所以又被称为多孔光纤%Rh_l或微结构光纤%)6).由于b

6、Xe_arXgaRpaga_dbXe_a可+/-的空气孔的排列和大小有很大的控制余地$以根据需要设计+所以它激起了/-的光传输特性$人们浓厚的兴趣.+/-具有特殊的色散和非线性特在光通信领域具有广泛的应用前景.另外$性$+/-中传输的光模式耦合入空气孔的强度与+/-的结构#收稿日期*&5676&国家自然科学基金资助项目%"基金项目*823)应用和研究进展以及空气孔中的介质有关!预示着它可以应用于倏逝用作微量气体传感"本文首先分析#场器件!$%的导光原理!然后讨论#$%的一些重要特性及其主要应最后回顾近来国际上的#用!$%主要研究热点和进展"&

7、;()的导光原理如图*所示的#存在两种截然不同的导$%中!,-光机制+最初提出#希望利用#"$%概念的时候!./效应来导光"数值分析表明!如图*所示的六边形晶格结构存在完全的二维禁带!即在一定频率范围内光无法在横向传播0只有在空气孔相当大的时候1孔直径不小于孔间距的2345!禁带才会出现"当该结构中引入缺陷时!如图*中的*个空气孔缺失!就会在禁带中产生局域态!#$%就有可能利用这个局域态沿着光纤方向导光"图*所示光纤中#./导光已经在实验室中实现"如果空气孔采用蜂窝状的分布结构!会导致更宽的#./!导光方式也已经发现"采用#./导光!

8、除了要求较大的气孔外!还要求较精确的气孔排列"卷模场面积!通过改变孔间距可以调节有效模场面积"+调节范围在#如果在$%&()*&波长处约为#!空气孔中填充合适的非线性材料"会显著提高,-.孔的分布和大小!利用M等提出的全矢量法"=1N0>O>0可以预测,该模型中"模场和有效折-.的模式特征!射率分布都被分解为平面波分量"从而波动方程被简解出后可以得到模式和相应的传播化为本征值方程"常数!这个方法考虑了,可以精-.的复杂包层结构"确模拟,因为没有利用导模的!但它的效率不高"-.局

9、域化特征"分解后会有很多项!同时对截面的折射率分布需要作周期性延拓"可能会局限其在,-.中的应用!电场EPQ=10NO40N等还提出了一种标量方法"的非线性!实验室发现"由峰值功率只有数2的/011光脉冲!注入5产生了超宽连"#*3%6-.4长的,续光谱的单模光"带宽达到#*从紫光到近红*7"外!超宽连续光谱的产生涉及一系列复杂的非线性过程"与之相关的因素可能包括极低的有效模场面积89:(#;特殊的色散特性和,!-.的低损耗,-.的一个重要特点是其奇异的色散特性!例如",-.能够在波长低于#$<&a

10、mp;获得反常色散"同时保持单模"这是传统阶跃光纤无法做到的!反常色散特性为短波长光孤子传输提供了可能性!另外"这种光纤也为制做工作在可见光波段的光孤子光纤激光器提供了可能"在,-.中已成功产生了)%*7光孤子"将来波长还可以降低!改变空气孔的排布和大小",-.的色散和色散斜率会随之剧烈的改变!目前"对,-.色散特性的内在机理尚未有透彻的认识"还无法从理论上指导如何设计,-.获得需要的色散特性"而只能针对某种设计通过数值模拟得到其色散特性!/=>?4等的分析表明"合理设计的,-.可以获得#

11、*7带宽"超过+*A4B7C?的色散值"可补偿为自身长度<%倍的标准光纤引起的色散!这预示着,-.在未来超宽2DE的平坦色散补偿中可能扮演重要角色9#+(#F;!,-.还可以应用于传感!通过改变结构"纤芯中的光模耦合入空气孔的倏逝波强度可以提升到F*G"这使和,-.可用作倏逝场器件!结合,-.的无休止单模特性"可用于多成分气体传感场合"因为不同气体成分的特征吸收峰可能截然不同9#%;!在,-.中引入多个缺陷从而形成多芯,-."利用各芯导模的相互耦合"可望用于矢量弯曲传感中!此外"多芯,-.在定向耦合

12、器8声光调制器和频谱滤波器中有着潜在的应用价值9#H;!IJKL的研究进展对,-.制做和基本特性的理解"已经取得了很大的进展"但如何可靠8精确地预测,-.的传输特性"似乎还没有令人满意的数值模型"而这是,-.技术成功发展的一个基本工具!有效折射率模型是由/=>?4等提出"将,-.粗略等效为阶跃折射率光纤"而忽视了,-.截面的复杂折射率分布"虽然也能给出一些,-.的深层运行规律"但不能精确预测,-.的模式特性如色散8偏振"因为这些特性依赖于空气分解为具有局域性的厄密R高斯函数"波动方程化为本

13、征值方程"可解得传播模式和相应的传播常数"它利用了电场模式的局域性特征"比起平面波分解更有效!然而"它没有给出折射率分布的表示方法"最直接的是将折射率分布预先存贮在#个二维网格中"但会导致计算过程中产生大量的二维交叉积分项"非常繁琐!EP7>P等还提出一种混合方法"将电场和中间折射率缺陷都分解为厄密R高斯函数"而将空气孔网格由周期性余弦函数表示"如图+所示!该方法的效率较高"求解过程相对简单!但作为标量法"要求,-.的空气孔径与孔间距之比足够小时"才能有很精确

14、的结果"表明它的应用范围还是有限9);!第1期池灏等7光子晶体光纤的原理5应用和研究进展+1.V+),-!*+!y7*Z+.H3:D(KsSntMTudRQvQoMwxextN*ZY-)+,&!-J:DJ=?izcQTdez:;(=9J=>I=;:(I:F>=?9(=H)-ZZZ),-j71+*H1+Y-CJEf,#J:?|AgY$)*Z,c!-GEE(#kKQTdez:;(=;9J:F>=?E=;F:>:;=?JIEH7)->9(=CJ:FF:J>G;=>=E9;D?9(;Ef,#J:?|Ag*+),-70ZH0*-$)*,c-9;

15、i9K!QTdeA=?=;><=E=C(?:;>=;G3;J9>=:;H=;9=JE=(=?93=?J:E>JG?>GJ:F>=?9(=CJE=>9;:39H和色散特性!指出在长波长区域光纤能够支持单模单而无需材料的各向异性"为了解决#偏振传输!$%与*+,普通光纤的连接问题!实验室的研究人员)制&(能够方便地与标准单做只有极低损耗的锥形#!$%模单模光纤耦合!同时在锥形#表现出了$%的腰部!平坦的色散特性!以及由于模式面积减小而提高光强!继而增强非线性!能够在*-./*-0123窗口产生自频率迁移拉曼光孤子"4总结#

16、$%具有普通光纤不具备的优点!通过改变空气孔的大小和排列而使#$%特性改变的可调节性!预示着#$%将会有广泛的应用前景"#$%的潜在应用包括超宽色散补偿5短波长光孤子传输6发生5超短脉冲激光器6放大器5高功率光传输5高功率#$%激光器"极短拍长的偏振保持光纤5光纤传感和光开关等"#$%技术正处于迅速发展中!许多设想要成为现实!尚有许多工作"参考文献7)*,89(:;:<=>?A-B;=C=>DEF:;>9;:GE3=EE=:;=;E:(H=DHE>9>FIE=?E9;D(?>J:;=?E)K,-LMNO-PQRS

17、QTT-!*+UV!WX7YZ1+HYZ0Y-)Y,K:;->J:;(:?9(=9>=:;:F:>:;E=;?J>9=;D=E:JHDJDD=(?>J=?EGFJ(9>>=?E)K,-LMNO-PQR-SQTT-!*+UV!WX7Y_U0HY_U+-).,边超!等-光子晶体等研究进展及应用前景)K,-光电子技术与信息!YZZZ!a7*HV-)_,金崇君!等-光子晶体研究进展)K,-量子电子学报!*+!b71_-)1,cGEE(#>K!QTde-c?;>FJ:JEE=;#:>:;=?$JIEH>9(=CJE)f,-#J:?!g%$

18、YZZZ)$,-a7+UH*ZZ-)0,&h9Ji(<f!QTde-#:>:;=?JIE>9(=CJ!3:D(=;9;D9FF(=?9>=:;E)f,-#J:?g%$YZZ*)$,-j7kG$*-*H.-)V,&=JiEkf!QTde-A;D(EE(IE=;(H3:D#:>:;=?JIEH>9(=CJ)K,-lmTnoOSQTTQpO!*+V!jj7+0*H+0.-)U,q:;J:kq-r:(I:F>=?9(=CJE79;=?=;>3:D9(:GED=EFJE=:;9>UZZ;3)f,-#J:?-$|Ag*+)$,-$#!U

19、6*6Y-)*Y,q:;J:kq!QTde-zF:EE=C=(=>=E=>:(I=CJE)f,-#J:?-g%$YZZZ)$,-a7*Z0H*ZU-)*.,&=JiEkf!QTde-!=EFJE=:;?:3F;E9>=:;GE=;E=;H(H39>J=9(=CJE)K,-"#LMxTxwnoOvQoMwxextNSQTTQpO!*+!70V_H0V0-)*_,%JJ9;D:f!QTde-!E=;=;9F:>:;=?JIE>9(=CJ=>(9>>D?J:39>=?D=EFJE=:;)K,-#eQoTpxwnoOSQTT

20、QpO:F=;:(I=CJE:J<9;E?;>=(DD<=?E)K,-#eQoTpxwnoOSQTTQpO!*+!aW7*UUH*U+-)*0,q9;9;&K!A$FJ=3;>9(E>GDI:DG9(H?:JF:>:;=?;:;HE=(=?93=?J:E>JG?>GJD:F>=?9(=CJE)f,-#J:?g%$YZZ*)$,-j7kG$_-*H.-)*U,>(qK!QTde-#:(9J=9>=:;9;DD=EFJE=<FJ:FJ>=E:(=F>=?9(H:(F:>:;=?JIE>9(=CJ

21、E)K,-s-SntMTHudRQvQoMwxextN!YZZ*!&7_+1H1Z.-)*+,$9;D9(=9K!QTde-fD=9C9>=?:GF(=;=;>9FJD9=JHE=(=?93=?J:E>JG?>GJD:F>=?9(=CJ)K,-"#LMxTxwHnoOvQoMwxextNSQTTQpO!YZZ*!a71YH1_-作者简介7池灏*+VY()!YZZ*年0月毕业于浙江大学并获博士学位!现在上海交通大学博士后!主要从事全光网络中关键技术与器件的研究*光子晶体光纤的原理、应用和研究进展作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次

22、数：池灏， 曾庆济， 姜淳上海交通大学宽带光网技术研发中心,上海,200030光电子·激光JOURNAL OF OPTOELECTRONICS·LASER2002，13(5)34次参考文献(19条)1.Yalonovitch E Inhibited spontaneous emission in solid-state physics and electronics 19872.John S Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices 19873.边超 光子晶体等

23、研究进展及应用前景 20004.金崇君 光子晶体研究进展 19995.Russell P St J Recent progress in Photonic Crystal fibres6.Bjarklev A Photonic crystal fiber,modelling and applications7.Birks T A Endlessly single-mode Photonic crystal fibre 19978.Monro T M Holey optical fibers:an efficient modal model 19999.Broderick N G R Nonli

24、earity in holey optical fibres10.Russell P STJ Nonlinear optics in photonic crystal fibre:opportunities and challenges11.Ranka J K Efficient visible continum generation in air-silica microstructure optical fibers withanomalous dispersion at 800nm12.Monro T M New possibilities with holey fibers13.Bir

25、ks T A Dispersion compensation using single-material fibers 199914.Ferrando A Designing a photonic crystal fibre with flattened chromatic dispersion 199915.Manro T M Richardson,D J,Bennett,P J Developing holey fibres for evanescent field devices 199916.Mangan B J Experimental study of dual-core phot

26、onic crystal fibre 200017.Hewak D W The fabrication and modeling of non-silica microstructured optical fibers 200118.Steel M J Polarization and dispersive properties of elliptical-hole photonic crystal fibers 200119.Chandalia J K Adiabatic coupling in tapered air-silica microstructured optical fiber

27、 2001相似文献(10条)1.期刊论文 黄章勇 光纤通信用光子晶体器件(二) -光子技术2004,""(1)简介光子晶体及其光纤通信用光子晶体器件(它们分别是光子晶体光纤、光子晶体光波导、光子晶体激光器、光子晶体滤波器和光子晶体波长复用/解复用器)的基本工作原理和制作技术以及目前的研制状况.2.学位论文 关春颖 微结构光学器件功能与特性研究 2007微结构光学器件在未来的光通信、光传感和集成光学中有着广泛的应用，对其进行研究具有重要的理论与应用价值。光子晶体(photoniccrystal，PC)最初是由EYablonovitch和SJohn于1987年各自从自发辐射和光

28、子局域角度独立提出来的。它是一种介质材料呈周期性分布，变化周期是光波长数量级的特殊光学材料。光子晶体最重要的特点是存在光子频率禁带，类似于半导体中的电子禁带，频率落在带隙中的电磁波在光子晶体中是禁止传播的，利用这一特点它可以实现任意地控制光子的运动。因而光子晶体必然成为微结构光学器件材料的首选。我们在对光纤技术长期、大量研究过程中产生了“纤维集成光学系统”的一种新想法和新思路，即大量光学器件将可能共同集成在同一根光纤中，使之集多种功能于一体，成为一种全光纤化和微型化的集成型信息系统。如何把光子晶体概念更深入的引入到光纤中，对促进光纤集成技术的发展具有重要意义。本论文围绕微结构光学器件功能与特性

29、展开深入研究，设计多种光子晶体器件，并将其引入到光纤中，验证了将光子晶体器件引入到光纤中的可行性，主要工作可概括如下：(1)首先介绍了光子晶体发展历程及应用前景，接着从麦克斯韦方程组出发，推导出微结构光学器件中光传输所遵循的特征值方程，接着详细阐述了论文研究中用到的理论计算方法：平面波展开法(PWE)，时域有限差分法(FDTD)，有限元法(FEM)和光束传输法(BPM)。(2)利用平面波展开法详细分析了各种结构光子晶体的能带结构特征，讨论几何参数对光子带隙的影响，重点研究了磁导率对蜂窝结构光子带隙的影响，结果表明磁性材料更易产生光子带隙。(3)设计两种新型完全带隙光子晶体异质结结构波导，研究其

30、界面导模特性，研究左右两侧晶格结构做横向拉开和侧向滑移时对界面传导模的影响，计算结果表明，不用做任何品格移动，两种异质结结构在绝对带隙中就有导模存在，两边晶格横向拉开对导模影响较大，而侧向滑移的影响则较小。(4)分析了介质柱排列成方形晶格时，光子晶体耦合器耦合作用长度、耦合臂间距、耦合臂间散射子形状变化对耦合特性的影响，发现耦合臂间散射子形状的微扰可以使耦合器的长度大大降低；首次设计实现了完全带隙光子晶体偏振和消偏振分束器；然后对光子晶体MZ干涉仪进行了初步的研究，并提出光纤集成光子晶体器件的方案。(5)对于光子晶体光纤计算了各种相关光学参数，利用有限元法研究了光子晶体光纤液体传感器灌输液体后

31、过渡区光场分布特性；并理论设计多芯光子晶体光纤耦合器功能器件，研究不同结构下纤芯间的耦合特性。(6)首次进行了单芯单模光纤与多芯光纤的拉锥耦合机理与实验研究，结果表明，单芯与多芯光纤利用拉锥法进行耦合是简单可行的，插入损耗可大大降低。3.期刊论文 黄章勇 光纤通信用光子晶体器件(一) -光子技术2003,""(2)简介光子晶体及其光纤通信用光子晶体器件(它们分别是光子晶体光纤、光子晶体光波导、光子晶体激光器、光子晶体滤波器和光子晶体波长复用/解复用器)的基本工作原理和制作技术以及目前的研制状况.4.会议论文 吴国锋 光子晶体及其光纤的发展动态 2004本文介绍了上世纪80年

32、代末出现的光子晶体的概念和材料特点、光子晶体光纤的性能及其发展动态.5.学位论文 孙婷婷 光子晶体光纤激光器和超连续光源的研究 2008光子晶体光纤起源于光子带隙思想,却又随着不断发展而高于带隙理论。时至今日,它正以极快的速度影响现代科学的多个领域。在基于PCF的众多新型光纤器件之中,稀土掺杂光纤激光器件和超连续光源是比较具有代表性的两种。本文从实验和理论两个角度研究了光子晶体光纤在以上两方面的应用：首先总结了光子晶体光纤激光器件和超连续光源的研究现状；然后利用有限单元方法分析了大模面积光纤中的双折射特性；理论和实验研究了稀土掺杂光子晶体光纤激光器和放大器；利用分步傅里叶方法数值求解非线性薛定

33、谔方程,分析了宽脉冲泵浦在非线性光子晶体光纤中传输时的光谱展宽过程；利用准连续/连续光源作为泵浦,实验研究光子晶体光纤中的光谱展宽现象并分析了连续谱的频域和时域特性。主要内容概括如下：1.详细讨论了有限单元方法的基本思想和求解过程,利用该方法分析了大模面积光纤中的双折射特性,提出两种结构致双折射大模面积PCF的设计：(1)通过在纤芯中引入两个小于包层空气孔尺度的小孔以破坏光纤截面几何形状的对称性,在有效模场面积大于100m2的光子晶体光纤中获得10-4的双折射度；(2)在光子晶体光纤的包层中引入两个大尺度空气孔的同时,在光纤纤芯中引入椭圆形的小空气孔以降低光纤的多重轴对称性。通过这种具有复合不

34、对称结构的双折射晶体光纤设计,可以使光纤在具有较大模场面积的情况下获得10-4量级的双折射。2.理论分析了高折射率Bragg光纤的模式特性和色散特性,并讨论了其在掺稀土光纤激光器件方面的应用。对拉制出的掺Er3+Bragg光纤进行了放大特性的测试,测量了前、后向泵浦方式下放大器的小信号增益和噪声系数。使用环行器和光栅构成的环行腔结构,得到了1553.7nm的单波长激光输出。由于这种掺Er3+的。Bragg光纤之前未见报道,所以无论在工艺上还是在特性上,都有大量研究工作尚待继续进行。3.对掺Yb3+双包层光子晶体光纤激光器进行了实验研究。采用前向端面泵浦方式,选用二向色镜和增益光纤端面构成F-P

35、腔的结构构建了线性腔掺Yb3+光子晶体光纤激光器。激光最大输出功率11.69W,斜率效率87。在此基础上,利用GaAs晶体作为饱和吸收体,进行了被动调Q包层泵浦PCFL的研究,获得了脉冲宽度小于90ns、最大平均功率为5.86W的激光输出。 4.利用有限单元方法,研究了光子晶体光纤非线性特性的基本理论。系统地分析了光子晶体光纤有效模场面积、光纤非线性系数和其结构参量的关系,并讨论了非线性系数随波长的变化。研究表明,利用石英/空气大的折射率差,可以设计具有小模场面积的光纤来提高非线性系数。但是,当纤芯直径过小时,能量已经不能够很好地被限制在纤芯中,形成泄漏。在此基础上,研究了掺锗纤芯PCF增强的

36、非线性特性,计算了掺杂浓度和掺杂区域半径对光子晶体光纤非线性系数、模场分布和色散等性质的影响。这对于制造具有高非线性系数的PCF具有指导意义。5.利分步傅里叶方法求解非线性薛定谔方程,对低峰值功率、宽脉冲在光子晶体光纤中的传输特性进行了数值模拟和比较,分析了脉冲传输和演化的非线性机理和超连续谱展宽特性。通过改变光纤参数和初始入射条件,发现在低峰值功率、宽脉冲条件下引起光谱展宽的主要因素是调制不稳定性。在光纤反常色散区,噪声可以作为调制不稳作用的探测波加速入射脉冲的破裂,使之形成无序的超短脉冲,进而在光纤中继续传输实现光谱的展宽。此外,还分析了脉冲功率、光纤非线性系数、脉冲宽度等因素对连续谱的影

37、响。6.以脉冲宽度80ps的激光输出作为泵浦,通过两极放大器引入自发辐射噪声,在70m高非线性PCF中获得了通信波段的超连续谱。在实验中,观察到了调制不稳定现象的出现,与第四章的理论分析很好地吻合。此外,还将光纤拉曼激光器输出的连续光耦合入70m高非线性光子晶体光纤,在入纤功率为4.14W时得到了1450-1650nm的光谱展宽,输出平均功率为2W。6.期刊论文 吴国锋 光子晶体及其光纤的发展动态 -光电子·激光2004,15(z1)本文介绍了上世纪80年代末出现的光子晶体的概念和材料特点、光子晶体光纤的性能及其发展动态.基于对光纤传输特性和胶体光子晶体制备方法的研究,提出了用外加电

38、场控制的方法制备光子带隙位于通讯波段的FCC结构的胶体光子晶体,并用光纤系统测试胶体光子晶体的带隙特性.采用RSOFT模拟了胶体光子晶体的带隙,分析了带隙位于通讯波段时所需的胶体微球的基本参量(微球折射率和直径).采用自组装的方法,用步进电机控制玻璃基片向上的拉升速率.速率为5 m/s,同时外加一电场.用扫描电镜观测胶体晶体的表面形貌,并设计了单模光纤系统测量胶体光子晶体的带隙特性.测试的透射谱线表明胶体光子晶体的带隙中心波长为1552 nm.测试结果和模拟结果具有很好的一致性,误差只有2 nm.8.学位论文 马琼芳 等效折射率法分析等效双包层光子晶体光纤特性 2006信息技术是信息化社会的主

39、要技术支撑，目前信息技术的核心是建立在半导体材料基础之上的微电子技术。对半导体技术的深入研究和广泛应用直接推动了信息产业的迅速发展，但当前半导体的发展正在走向物理上和技术上的极限，半导体集成电路在速度、效率的提高上受到量子效应及电子自身之间相互作用的限制。这些不可逾越的技术极限对信息技术的进一步发展提出了重大挑战。因为光子技术具有高传输速度、高密度及高容错性等优点，以光子代替电子作为信息的载体成为长期以来人们的一个共识。然而，由于光子不像电子一样易于控制，长期以来光信息技术仅仅在信息传输(光通信)中得到应用，而信息处理的核心部分则依然依赖微电子技术。光子晶体的出现，使人们操纵和控制光子的梦想成

40、为可能。光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料。最初是在1987年由美国贝尔实验室的雅伯罗诺维奇Yabllolovitch1在讨论如何抑制自发辐射时提出的，几乎同时，约翰John2在讨论光子局域时也独立提出。他们最初的想法是找到一种材料能够改变在其中传播的光的性质，就像我们利用半导体材料改变在其中通过的电子的性质一样。从材料结构上看，光子晶体是一种介电常数随空间周期性变化的新型光学微结构材料。这种材料对光具有波段选择特性，即有些波长的光不能在光子晶体中存在或传输，因此光子晶体材料具有能够控制光传输的独特性质，在光电子技术、光集成技术、尤其是光通信网络中具有十分广阔诱人的应用

41、前景。1999年12月17日，国际权威杂志Science将光子晶体方面的研究列为当年十大科学进展之一。 1992年，Russell等人根据光子晶体传光原理首次提出了光子晶体光纤(Photoniccrystalfiber，PCF)的概念。1996年，英国南安普顿大学的光子晶体光纤由于其独特的导光机制和特殊的结构，与传统光纤相比具有更大的设计自由度，改变其横截面的结构就会显著影响光纤的特性5,6。目前的理论研究是在确定光子晶体的具体结构组成后定量地得出结论。已经有大量研究工作针对不同结构光子晶体光纤的特性进行计算模拟。文献5中列举了形式各异的多种横截面结构的光子晶体光纤，并对其特性和应用做出了分析总结。文献7研究了包层气孔为蜂窝状排布的光子晶体光纤，并用等效折射率模型解释了其无休止单模传输特性。