光子晶体光纤的特点性能及应用

光子晶体光纤（Photonic Crystal Fibers， PCF）又被称为微结构光纤（Micro-Structured Fibers， MOF），近年来引起广泛关注。

微结构光纤的横截面上有较复杂的折射率分布，实芯光子晶体光纤的纤芯是导光玻璃材料，包层通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个光纤长度，光波依然通过全反射限制在芯区传播。

空芯的光子晶体光纤可以实现空芯传输，包层的结构更为复杂，node点有极为严格的位置要求，形成周期性的折射率变化。制作工艺更为苛刻。纤芯的引入使其周期性结构遭到破坏时，就形成了具有一定频宽的缺陷态或局域态，而只有特定频率的光波可以在这个缺陷区域中传播，其他频率的光波则不能传播，即光子带隙效应。这种结构的光子晶体光纤所具有的极低的非线性效应和传输损耗使其在传输高能激光脉冲和远距离信息传递方面具有很大的潜在优势。

前几天陆续分享了最初提出光子晶体光纤概念的Philip Russell的讲座（超过4小时的视频）。在Russell教授的讲座中还有一类不同于带隙光纤的空芯光纤叫负曲率光纤。通过较为简洁的结构实现的更低衰减。

（1）Philip Russell- 光纤讲座 1

（2）Philip Russell - 特种光纤技术讲座（2）

（3）Philip Russell - 特种光纤讲座（3）

（4）Philip Russell - 特种光纤讲座（4）最后一期

（5）光与物质相互作用（光子晶体光纤）Philip Russell

（6）下一代光纤技术（Jonathan Knight教授）

光子晶体光纤克服了传统光纤光学的限制，为许多新的科学研究带来了新的可能和机遇。尽管现在只有一小部分研究小组能够制造这种光子晶体光纤，但是极快的发展速度和非常有效的国际间科学合作使得光子晶体光纤在许多不同领域中的应用获得快速发展。最典型的例子就是英国Bath大学研究者们参与的一个合作，他们制作的光子晶体光纤成功地用于德国普朗克量子光子学研究所T.Hansch教授领导的研究小组所研究的高精密光学测量中。

值得一提的是，从发现光子晶体光纤能够产生超连续光谱这一特性到将其应用到光计量学中的时间间隔仅有几个月，而T.Hansch教授则因在超精密光谱学测量方面成就斐然，尤其为完善“光梳”技术作出了重要贡献而获得了2005年度的诺贝尔物理学奖。

光子晶体光纤作为一类新型光纤的代名词（其实结构还有很多），物理特性很突出，正在以极快的速度影响着现代科学的多个领域。

利用光子带隙结构来解决光子晶体物理学中的一些基本问题，如局域场的加强、控制原子和分子的传输、增强非线性光学效应、研究电子和微腔、光子晶体中的辐射模式耦合的电动力学过程等。同时，实验和理论研究结果都表明，光子晶体光纤可以解决许多非线性光学方面的问题，产生宽带辐射、超短光脉冲，提高非线性光学频率转换的效率，用于光交换等。

光子晶体光纤的应用还有些小问题，例如耦合、衰减、弯曲、端面处理等，需要逐渐解决。一个好的研发，从“新”到“成熟”，需要时间的打磨。从光子晶体光纤相关的文献引用量来看，大家都开始认识和逐步使用光子晶体光纤。不难想象，不久的将来我们还会发现光子晶体光纤更多的性质，更多的应用领域。

审核编辑：郭婷