光子晶体光纤传感

光子晶体光纤

11300720139 王巍

光子晶体光子晶体是指具有光子带隙 (PhotonicBand-Gap,简称为PBG) 特性的一维或多维的人造周期性电介 质结构，有时也称为PBG光子晶体结 构。所谓的光子带隙是指某一频率范 围的波不能在此周期性结构中传播， 即这种结构本身存在“禁带”。产生的 本质原因是在该晶体中光的折射率指 数的周期性变化。

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光子晶体简介(光学上的半导体) 光子晶体即光子禁带材料，从材料结构上 看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性 介电结构的人工设计和制造的晶体。与半导体 晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材 料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁 波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格 散射而受到调制，电磁波能量形成能带结构 。 能带与能带之间出现带隙，即光子带隙。所具 能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。 光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有 许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制 造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目 的。 P.S.:原理证明涉及Maxwell equation和Sch rdinger equation.

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光子晶体特点自然界中的光子晶体

1.具有光子禁带，落在禁带中的光不能传播 2.可以抑制自发辐射，也可以增强自发辐射(可 以通过掺杂实现)。 3.“光子局域”:在一种精心设计的无序介电材 料组成的超晶体中，光子呈现很强的Anderson局 域。即，在光子晶体中，如果原有的周期性货对 称性受到破坏，那么就很有可能出现频率极窄的 缺陷带，与之频率温和的光子会被局限在出现缺 陷的位置，一旦偏离缺陷位置光将迅速衰减。

光子晶体光纤(CPFs)

光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛 关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，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长度，光波可以被

限制在光纤芯区传播。

光子晶体光纤(CPFs)通常由纯石英或聚合物等材料为基底，在光纤 的横截面上具有二维的周期性折射率分布(空气孔 或高折射率柱),而沿光纤长度方向不变。

几种光子晶体光纤的微观图像

第一种光子晶体光纤 第一种光纤具有高折射率芯层(一般是固体硅), 并被二维光子晶体包层所包围的结构。即内部全 反射光子晶体光纤(TIR-PCFs)。 特点：这些光纤有类似于常规光纤的性质，其工 作原理是由内部全反射(TIR)形成波导；相比 于传统的折射率传导，光子晶体包层的有效折射

率允许芯

层有更高的折射率。 P.S.: 该晶体实际上完全不依赖于光子带隙 ( PBG )效应。

第二种光子晶体光纤 第二种是与TIR-PCFs截然不同的另一种：光子 带隙型光子晶体光纤(PBG-PCFs) ,其光子 晶体包层显示的是光子带隙效应，它利用这种效 应把光束控制在芯层内。 特点：PBG-PCFs表现出可观的性能，其中最重

要的是能力控制和引导光束在具有比包层折射率低的芯层内传播，且弯曲损耗小。

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传导机制 Your Subtopics Go Here

光子晶体光纤其中一种制作工艺简图 Your Subtopics Go Here

光子晶体光纤的主要特性 1.无截止单模 2.灵活的色度色散 3.良好的非线性效应 4.优良的双高折射效应 5.较高的入射功率 6.光子晶体光纤的非线性现象 7.易于实现多芯传输

无截止单模 普通单模光纤随纤芯尺寸的增加会变成多模光纤。 对于PCF只要其空气孔径与孔间距之比小于0.2,可 在从蓝光到2μm 的光波下单模传输，不存在截止波 长。这就是无截止单模传输特性，且这种特性与光 纤绝对尺寸无关，因此通过改变空气孔间距可调节 模场面积，在1550nm可达1~800μm2,已制成了 680 μm2的大模场PCF,大约为常规光纤的10倍[10]。 小模场有利于非线性产生，大模场可防止发生非线 性，这对于提高或降低光学非线性有极重要的意义。 这种光纤具有很多潜在应用，如激光器和放大器 (利用高非线性光纤),低非线性通信用光纤，高 光功率传输等。