【正文】 些光纖的性質(zhì)，并將這些光纖應(yīng)用于超連續(xù)產(chǎn)生，獲得了非常好的實(shí)驗(yàn)效果。 20xx 年，德國(guó)的 等人用摻的大模雙包層 MF 獲得了高達(dá) 260W 的單橫模激光輸 出，這標(biāo)志著 MF 激光器已經(jīng)達(dá)到并正在超越普通雙包層光纖激光器的水平。日本的 Yusoff等人采用鎖模摻鉺光纖環(huán)形激光器發(fā)出的鄧孤子脈沖，入射到高非線性 MF 中，通過 SPM 效應(yīng)把孤子脈沖 10dB 帶寬從 3nm 展寬 到 25nm，然后利用陣列波導(dǎo)光柵把產(chǎn)生的超連續(xù)譜分為 36個(gè) 3dB帶寬 的信道，可以為 WDM 系統(tǒng)提供理想光源。美國(guó)加州大學(xué) Wang 等人利用 MF 研制的 OCT，在 1100nm 波長(zhǎng)處具有縱向分辨率為 ，這是目前在此波長(zhǎng)處獲得的最高分辨率。 Lee 等人研制了 “ 高 SBS 闞值的 FWM波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器 ” ，實(shí)現(xiàn)了 10am帶寬的 10Gb/s不歸零信號(hào)的無(wú)誤差高效率波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換；日本的 Abedin 等人采用高雙折射 MF 制成了 10GHz、 10ps 反饋鎖模光纖激光器，這種激光器在 1535nm～ 1560nm 范圍內(nèi)能產(chǎn)生 10ps 的脈沖。目前， MF 已經(jīng)商用化，國(guó)際上知名的廠家包括： Crystalfibre 公司、 Blazephotonic 公司等。 20xx 年，悉尼大學(xué) 報(bào)導(dǎo)了他們使用塑料制作的單模 MF、高雙折射 MF、雙芯MF 以及 PBGMF 光纖。 20xx 年， Bouwmans 等 人報(bào)導(dǎo) 的 PBGMF 損耗降為200dB/km； 20xx 年， Matos 等人報(bào)導(dǎo)的 PBGMF 損耗降為50dB/km；同年， Smith 等人在《自然》雜志上報(bào)導(dǎo)的 PBGMF損耗進(jìn)一步降為 10dB/km ； 20xx 年，在 OFC’20xx 上，Blazephotonics 公司報(bào)導(dǎo)了損耗為 ；同年， 公司報(bào)導(dǎo)了在損耗為 dB/km 的 PBGMF，非常有應(yīng)用價(jià)值的是，這種光纖的傳輸帶寬超過 1000nm。最早的空氣傳導(dǎo)光子帶隙光纖于 1999年由 Cregan等人制造，光纖包層具有三角形排列的空氣孔結(jié)構(gòu)，在拉制過程中去除中心 7個(gè)毛細(xì)管形成一個(gè)更大的空氣孔缺陷作為纖芯，其包層空氣填充率足 夠高從而保證光 子 帶隙支持空氣傳導(dǎo)模式。但是早期研究的蜂窩形包層光子帶隙光纖由于包層空氣填充率低，在這種光纖中傳導(dǎo)的光，能量主要分布在石英中，且基模光場(chǎng)呈環(huán)形，不 易與其它器件耦合，所以沒有得到廣泛的應(yīng)用。 1998 年， Knight等人又首先制造出蜂窩包層結(jié)構(gòu)的光子帶隙光纖 ， 這種光纖包層具有蜂窩型空氣孔排列結(jié)構(gòu)形成光子帶隙，纖芯處通過引入一個(gè)額外的空氣孔形成缺陷，使纖芯的有效折射率小于包層，光被光子帶隙效應(yīng)限制在纖芯空氣孔周圍呈環(huán)形的石英區(qū)域中。 在隨后的研究中，學(xué)者們不斷設(shè)計(jì)和拉制出具有各種 幾何結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性的基于折射率引導(dǎo)的 微結(jié)構(gòu)光纖 ，例如：通過使光纖橫截面的兩個(gè)正交方向上空氣孔的排列不對(duì)稱，可以設(shè)計(jì)出高雙折射的保偏光纖，甚至只有一個(gè)偏振模式的絕對(duì)單模光纖；利用空氣和石英之間折射率差大的特點(diǎn)，減小光纖模場(chǎng)面積，從而獲得高非線性光纖；只保留光纖包層中最里面一層的空氣孔，并使其直徑盡可能大，制造出了柚子光纖，在柚子光纖的空氣孔中可以灌入聚合物材料，從而可以制成可調(diào)諧光纖器件。 盡管在折射率引導(dǎo)型 微結(jié)構(gòu) 光纖中，并沒有發(fā)現(xiàn)光子帶隙效應(yīng)，但卻具有許多獨(dú)一無(wú)二的性質(zhì)，比如無(wú)截至波長(zhǎng)單模傳導(dǎo)、可設(shè)計(jì)的色散特性和模場(chǎng)尺寸以及高數(shù)值孔徑等等。 1996年， 子 晶體包層的 微結(jié)構(gòu) 光纖，這種光纖以未經(jīng)摻雜的石英玻璃作為基底材料，包層具有按三角形柵格周期排列的空氣孔，并在纖芯處通過缺失一個(gè)空氣孔引 入缺陷。實(shí)際中可通過減少一些空氣孔，或者改變一些空氣孔的尺寸來(lái)獲得高的雙折射特性。這一特性為制造大有效面積 MF奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。 ， 就 微結(jié)構(gòu) 光纖的結(jié)構(gòu)特征來(lái)說(shuō)，它對(duì)波導(dǎo)色散有較高的控制性 . 只要改變孔徑與孔間距之比，即可達(dá)到很大的波導(dǎo)色散，還可使光纖總色度色散達(dá)到所希望的分布狀態(tài)，例如零色散波長(zhǎng)可以向短波大大推進(jìn)，具有優(yōu)良性質(zhì)的色散平坦(數(shù)百 nm 帶寬范圍接近零色散 )等等。小模場(chǎng)有利于非線性產(chǎn)生，大模場(chǎng)可防止發(fā)生非線性。 ， 微結(jié)構(gòu) 光纖在其空氣孔徑與孔間距之比小于 時(shí)，無(wú)論什么波長(zhǎng)都能單模傳輸，與傳統(tǒng)光纖隨著纖芯尺寸的增加會(huì)出現(xiàn)多?；奶匦韵啾?；似乎不存在截止波長(zhǎng) ,這就，是無(wú)截止單模傳輸特性。它與折射率導(dǎo)光型 微結(jié)構(gòu)光纖 的區(qū)別在于纖芯引入了折射率低于包層材料的空缺 ， 由于光子 能 帶效應(yīng)此種光纖中光是在空氣孔中而非在石英中傳播，特定頻率的光場(chǎng)以各不相 同的角度進(jìn)入光纖遇到光子 能 帶是無(wú)法穿越而被反射回來(lái)因此只能沿著空氣通道傳輸。另外，這種光纖對(duì)包層 中氣孔的排列及尺寸要求不是很嚴(yán)格包層中可以不存在光子 能 帶實(shí)現(xiàn)起來(lái)也相對(duì)容易 ， 目前多數(shù)關(guān)于 微結(jié)構(gòu)光纖 的應(yīng)用研究都基于這種光纖。而按導(dǎo)光機(jī)制的不同 微結(jié)構(gòu) 光纖主要分為兩大類 ： 折射率導(dǎo)光型 微結(jié)構(gòu) 光纖和光子能隙導(dǎo)光型 微結(jié)構(gòu) 光纖。 微結(jié)構(gòu) 光纖的分類 微結(jié)構(gòu) 光纖分類依據(jù)不同， 微結(jié)構(gòu) 光纖有不同的分類。與石英聚合物混合結(jié)構(gòu)相比，全石英結(jié)構(gòu)可獲得更好的操作性和更長(zhǎng)的壽命，而代價(jià)只是 NA 略微減小。微結(jié)構(gòu)光纖帶來(lái)的好處還表現(xiàn)在高功率激光器或放大器應(yīng)用所需要的包層泵浦光纖或雙包層光纖的生產(chǎn)領(lǐng)域。所以，即使溫度發(fā)生很大變化，微結(jié)構(gòu)光纖的基本傳輸特性也不會(huì)受到影響 ， 這一特性非常符合光纖傳感器的要求。 在二十世紀(jì)末， 光子晶體概念的提出使人們像操縱電子那樣操縱光子成為可能，為光子集成的產(chǎn)生提供了理論依據(jù)，具有重大的理論意義和應(yīng)用前景。只有頻率對(duì)應(yīng)在光子能帶中的光才能在光子晶體中傳播否則會(huì)被禁止，這是 微結(jié)構(gòu) 最根本的特征。 實(shí)際中由于空氣孔在橫截面上的排列圈樣空氣孔的大小以及填充率都可以變化 ， 因此通過改變它的排列圖樣可靈活構(gòu)造出很多結(jié)構(gòu)的 微結(jié)構(gòu) 光纖來(lái)從而可設(shè)計(jì)出具有不同特性的 微結(jié)構(gòu) 光纖來(lái)滿足不同的需要。 1987 年， Vblonovitch和 Jonh 在研究如何抑制自發(fā)輻射和光子局域特性時(shí)分別獨(dú)立提出了光子晶體 (Photonic Crystal)的概念：一種因折射率空間周期變化而具有光子能帶的新型光學(xué)微結(jié)構(gòu)材料，其折射率變化周期 為光波長(zhǎng)量級(jí)。 微結(jié)構(gòu)光纖簡(jiǎn)介 微結(jié)構(gòu)光纖 的基本概 念 眾所周知，自然晶體 (如半導(dǎo)體 )中的電子由于受到晶格的周期性勢(shì)場(chǎng)的散射，部分波段會(huì)因破壞性干涉而形成帶隙，導(dǎo)致電子的色散關(guān)系呈帶狀分布，從而形成電子能帶 (Electronic Band)。Bragg grating 目 錄 第一章 緒論 ........................................................................................................................ 12 微結(jié)構(gòu)光纖簡(jiǎn)介 ........................................................................................................... 12 微結(jié)構(gòu)光纖 的基本概念 ......................................................................................... 12 微結(jié)構(gòu) 光纖的分類 ................................................................................................. 14 微結(jié)構(gòu)光纖的主要特性 ......................................................................................... 15 微結(jié)構(gòu)光纖的發(fā)展概況 ......................................................................................... 16 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的研究現(xiàn)狀 ....................................................................................... 22 普通 光纖光柵 ......................................................................................................... 22 微結(jié)構(gòu)光纖光柵 ..................................................................................................... 23 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的特性 ............................................................................................... 25 光柵特性 ................................................................................................................. 25 光纖光柵的分類 ..................................................................................................... 28 基 于微結(jié)構(gòu)光纖光柵相關(guān)器件的概述 ....................................................................... 30 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ............................................................................................... 33 第二章 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論研究方法和寫制技術(shù) ......................................... 34 微結(jié)構(gòu)光纖的理論研究方法 ....................................................................................... 35 光纖光柵的理論研究方法 ........................................................................................... 40 光柵寫制方法 ............................................................................................................... 49 第三章 雙通道可調(diào)諧 Bragg 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論設(shè)計(jì) ................................ 55 高雙折射微結(jié)構(gòu)光纖 Bragg 光柵的研究背景 ........................................................... 55 微結(jié)構(gòu)光纖光柵與空氣孔填充技術(shù)結(jié)合的研究背景 ............................................... 57 一種雙通道可調(diào)諧 Bragg 微結(jié)構(gòu)光纖光柵的理論設(shè)計(jì) ........................................... 60 第四章 總結(jié)與展望 .......................................................................................................... 65 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................. 67 致 謝 .................................................................................................................................. 68 第一章 緒論 微結(jié)構(gòu)光纖 (Microstructured Fiber,MF)，又稱光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber,PCF)，是近十年來(lái)光纖技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。Photonic Crystal Fiber。 master fill fiber photonic devices and tuning techniques。