关于光子晶体光纤第1页，共22页，星期日，2025年，2月5日主要内容历史背景及发展现状基本概念光子晶体光纤的色散特性研究总结第2页，共22页，星期日，2025年，2月5日一历史背景及发展现状光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤，这种光纤通常由单一介质构成并由在二维方向上紧密排列而在轴向保持结构不变的波长量级的空气孔构成微结构包层。光子晶体光纤呈现出许多在传统光纤中难以实现的特性，因而受到了广泛关注并成为近年来光学与光电子学研究的一个热点。第3页，共22页，星期日，2025年，2月5日不同结构的光子晶体光纤ACDEGI第4页，共22页，星期日，2025年，2月5日研究成果1996年,英国南安普顿大学光电研究中心和丹麦技术大学电磁系首先成功制备出PCF。2001年,英国Bath大学Wadsworth等人实现了双包层光子晶体光纤结构。2003年1月,Wadsworth等人利用大模面积空气包层PCF研制的高功率PCF激光器2004年,Blaze曾发布了一款新型PCF，可产生超连续光谱,这种光谱可在单模光纤中产生一个宽带输出,光谱亮度超过太阳10000倍2005年,英国Bath大学A.Ortigosa和Blanch等人用200fs的泵浦脉冲在PCF中产生了超连续谱2006年,澳大利亚悉尼大学的A.Argyros等人拉制出了聚合物材料的空气传导光子带隙光纤2007年,张明明、马秀荣等人设计了一种高双折射光子晶体光纤第5页，共22页，星期日，2025年，2月5日二基本概念1光子晶体2光子晶体光纤第6页，共22页，星期日，2025年，2月5日光子晶体光子晶体是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。在周期性介质中，电场E满足麦克斯韦波动方程(2-1)在周期性势场中，电子的波函数满足薛定愕方程：(2-2)可以看出，方程(2-1)与(2-2)的形式完全相似.在周期性势场中只能取本征值，因此，在周期性介电晶体中也只能取某些特征值第7页，共22页，星期日，2025年，2月5日光子晶体光纤光子晶体光纤又名微结构光纤(Microstructuredopticalfiber，MOF)或多孔光纤(Holeyfiber，HF)，它通过包层中沿轴向排列的微小空气孔对光进行约束，从而实现光的轴向传输。独特的波导结构，使得光子晶体光纤与常规光纤相比具有许多无可比拟的传输特性。第8页，共22页，星期日，2025年，2月5日光子晶体光纤的导光原理全内反射型PCF导光原理周期性缺陷的纤芯折射率(石英玻璃)大于周期性包层折射率(空气),从而使光能够在纤芯中传播.光子带隙型PCF导光机理在空芯PCF中形成周期性的缺陷是空气,空气芯折射率比包层石英玻璃低,但仍能保证光不折射出去.第9页，共22页，星期日，2025年，2月5日光子晶体光纤的主要特性a.无截止单模b.灵活的色度色散c.良好的非线性效应d.高双折射效应第10页，共22页，星期日，2025年，2月5日三光子晶体光纤的色散特性研究1色散及其原理2光子晶体光纤色散3光子晶体光纤色散补偿研究第11页，共22页，星期日，2025年，2月5日色散及其原理色散是由于光纤中所传送信号的不同频率成分或不同模式成分的群速度不同,而引起传输信号畸变的一种物理现象。在光纤中,脉冲色散越小,它所携带的信息容量就越大。脉冲在单模光纤中的传输基本方程为：(3-1)当时，可忽略不计。求解方程得：(3-2)单模光纤单位长度的色散量可以由下式得出：(3-3)第12页，共22页，星期日，2025年，2月5日式中,c为光速;V为光纤传输的归一化频率;b为归一化传输常数。式(3-3)等号右边第1项决定于材料折射率,称之为材料色散;第2项由于与光纤波导性能有关,称之为波导色散。普通单模光纤在1550nm窗口的色度色散系数约为16ps/(nm·km),传输100km后色散可达到1600ps/nm。而对于10Gbit/s系统,它的最大色散容限是1000ps/nm。第13页，共22页，星期日，2025年，2月5日光子晶体光纤色散与传统光纤在可见光波段呈现正常色散不同，光子晶体光纤由于包层的空气孔结构使得芯层和包层的折色率之差增大，从而