關(guān)于光子晶體光纖第一頁，共二十二頁，2022年，8月28日主要內(nèi)容歷史背景及發(fā)展現(xiàn)狀基本概念光子晶體光纖的色散特性研究總結(jié)第二頁，共二十二頁，2022年，8月28日一歷史背景及發(fā)展現(xiàn)狀光子晶體光纖是近年來出現(xiàn)的一種新型光纖，這種光纖通常由單一介質(zhì)構(gòu)成并由在二維方向上緊密排列而在軸向保持結(jié)構(gòu)不變的波長(zhǎng)量級(jí)的空氣孔構(gòu)成微結(jié)構(gòu)包層。光子晶體光纖呈現(xiàn)出許多在傳統(tǒng)光纖中難以實(shí)現(xiàn)的特性，因而受到了廣泛關(guān)注并成為近年來光學(xué)與光電子學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。第三頁，共二十二頁，2022年，8月28日不同結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖ACDEGI第四頁，共二十二頁，2022年，8月28日研究成果1996年,英國(guó)南安普頓大學(xué)光電研究中心和丹麥技術(shù)大學(xué)電磁系首先成功制備出PCF。2001年,英國(guó)Bath大學(xué)Wadsworth等人實(shí)現(xiàn)了雙包層光子晶體光纖結(jié)構(gòu)。2003年1月,Wadsworth等人利用大模面積空氣包層PCF研制的高功率PCF激光器2004年,Blaze曾發(fā)布了一款新型PCF，可產(chǎn)生超連續(xù)光譜,這種光譜可在單模光纖中產(chǎn)生一個(gè)寬帶輸出,光譜亮度超過太陽10000倍2005年,英國(guó)Bath大學(xué)A.Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脈沖在PCF中產(chǎn)生了超連續(xù)譜2006年,澳大利亞悉尼大學(xué)的A.Argyros等人拉制出了聚合物材料的空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖2007年,張明明、馬秀榮等人設(shè)計(jì)了一種高雙折射光子晶體光纖第五頁，共二十二頁，2022年，8月28日二基本概念1光子晶體2光子晶體光纖第六頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光子晶體是由不同折射率的介質(zhì)周期性排列而成的人工微結(jié)構(gòu)。在周期性介質(zhì)中，電場(chǎng)E滿足麥克斯韋波動(dòng)方程

(2-1)在周期性勢(shì)場(chǎng)中，電子的波函數(shù)滿足薛定愕方程：

(2-2)可以看出，方程(2-1)與(2-2)的形式完全相似.在周期性勢(shì)場(chǎng)中只能取本征值，因此，在周期性介電晶體中也只能取某些特征值第七頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光纖光子晶體光纖又名微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructuredopticalfiber，MOF)或多孔光纖(Holeyfiber，HF)，它通過包層中沿軸向排列的微小空氣孔對(duì)光進(jìn)行約束，從而實(shí)現(xiàn)光的軸向傳輸。獨(dú)特的波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，使得光子晶體光纖與常規(guī)光纖相比具有許多無可比擬的傳輸特性。第八頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光纖的導(dǎo)光原理全內(nèi)反射型PCF導(dǎo)光原理周期性缺陷的纖芯折射率(石英玻璃)大于周期性包層折射率(空氣),從而使光能夠在纖芯中傳播.光子帶隙型PCF導(dǎo)光機(jī)理在空芯PCF中形成周期性的缺陷是空氣,空氣芯折射率比包層石英玻璃低,但仍能保證光不折射出去.第九頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光纖的主要特性

a.無截止單模b.靈活的色度色散c.良好的非線性效應(yīng)d.高雙折射效應(yīng)

第十頁，共二十二頁，2022年，8月28日三光子晶體光纖的色散特性研究1色散及其原理2光子晶體光纖色散3光子晶體光纖色散補(bǔ)償研究第十一頁，共二十二頁，2022年，8月28日色散及其原理

色散是由于光纖中所傳送信號(hào)的不同頻率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起傳輸信號(hào)畸變的一種物理現(xiàn)象。在光纖中,脈沖色散越小,它所攜帶的信息容量就越大。脈沖在單模光纖中的傳輸基本方程為：(3-1)當(dāng)時(shí)，可忽略不計(jì)。求解方程得：(3-2)單模光纖單位長(zhǎng)度的色散量可以由下式得出：(3-3)第十二頁，共二十二頁，2022年，8月28日式中,c為光速;V為光纖傳輸?shù)臍w一化頻率;b為歸一化傳輸常數(shù)。式(3-3)等號(hào)右邊第1項(xiàng)決定于材料折射率,稱之為材料色散;第2項(xiàng)由于與光纖波導(dǎo)性能有關(guān),稱之為波導(dǎo)色散。普通單模光纖在1550nm窗口的色度色散系數(shù)約為16ps/(nm·km),傳輸100km后色散可達(dá)到1600ps/nm。而對(duì)于10Gbit/s系統(tǒng),它的最大色散容限是1000ps/nm。第十三頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光纖色散與傳統(tǒng)光纖在可見光波段呈現(xiàn)正常色散不同，光子晶體光纖由于包層的空氣孔結(jié)構(gòu)使得芯層和包層的折色率之差增大，從而極大的增強(qiáng)了波導(dǎo)色散的作用，使得波導(dǎo)色散可以為反常色散.第十四頁，共二十二頁，2022年，8月28日此外通過結(jié)構(gòu)的改變，很容易將光子晶體光纖的零色散點(diǎn)調(diào)至到所需要的波長(zhǎng)。通過適當(dāng)設(shè)計(jì)空氣孔的參數(shù)，還可以在極寬的波段內(nèi)具有平坦色散且寬帶平坦色散曲線的中心波長(zhǎng)可移。具有平坦色散的光子晶體光纖第十五頁，共二十二頁，2022年，8月28日光子晶體光纖色散補(bǔ)償研究近年來，隨著高速光通信系統(tǒng)的發(fā)展，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行色散補(bǔ)償和色散管理越發(fā)必要。目前的色散補(bǔ)償技術(shù)有惆啾光纖光柵，色散補(bǔ)償濾波器，高階模光纖和已經(jīng)商用的色散補(bǔ)償光纖。隨著光子晶體光纖的提出，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活可控，光子晶體光纖成為研制新型色散補(bǔ)償光纖的一個(gè)重要手段。第十六頁，共二十二頁，2022年，8月28日色散補(bǔ)償原理用下標(biāo)1代表待補(bǔ)償光纖，下標(biāo)2代表色散補(bǔ)償光纖.L代表光纖長(zhǎng)度，D為色散系數(shù)，S代表色散斜率.在某一波長(zhǎng)處，色散補(bǔ)償?shù)臈l件為:將D和S寫成波長(zhǎng)的函數(shù)，為的是強(qiáng)調(diào)色散系數(shù)和色散斜率均是該波長(zhǎng)處的相應(yīng)值。由(3-4)式可定義一個(gè)新的參數(shù)，稱為相對(duì)色散斜率：(3-4)(3-5)當(dāng)兩種光纖的相對(duì)色散斜率在該波長(zhǎng)處相等時(shí)，該波長(zhǎng)處的色散可被完全地補(bǔ)償?shù)谑唔摚捕摚?022年，8月28日色散補(bǔ)償光子晶體光纖光子晶體光纖在色散補(bǔ)償方面蘊(yùn)藏著巨大潛力，國(guó)內(nèi)外對(duì)光子晶體光纖色散補(bǔ)償特性做了大量的數(shù)值研究。到目前為止，色散補(bǔ)償光子晶體光纖的設(shè)計(jì)主要是通過改變空氣孔的大小和排列順序，或者通過摻雜纖芯來實(shí)現(xiàn)理論設(shè)計(jì)的色散補(bǔ)償光子晶體光纖的橫截面示意圖

等效折射率分布第十八頁，共二十二頁，2022年，8月28日色散補(bǔ)償光子晶體光纖的色散曲線圖

注意到該光纖是基于純二氧化硅材料設(shè)計(jì)，沒有任何摻雜，可實(shí)現(xiàn)的色散值要比傳統(tǒng)摻雜的DCF要高得多。這充分說明了色散補(bǔ)償光子晶體光纖的色散潛力第十九頁，共二十二頁，2022年，8月28日四總結(jié)光子晶體光纖的出現(xiàn)對(duì)于光纖及光纖通信光纖器件等領(lǐng)域是一個(gè)重大的突破。由于具有普通光纖所不具有的優(yōu)點(diǎn)，光子晶體光纖將會(huì)有非常廣泛的應(yīng)用前景，比如說超寬色散補(bǔ)償、光開關(guān)、光纖傳感、大功率光子晶體光纖激光器和非線性光學(xué)等等。但目前就光子晶體光纖來說，離廣泛使用還需要進(jìn)行深入的研究。我們相信,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,光子晶體光纖的