光電技術(shù)概論-考試

1、分 數(shù)：評(píng)卷人：研究生（光電技術(shù)概論）課程報(bào)告題 目：光子晶體光纖光柵的研究學(xué) 號(hào) M201372142姓 名 萬(wàn)旭專(zhuān) 業(yè) 軟件工程指 導(dǎo) 教 師 唐霞輝、元秀華、鄧勇、方妍妍、劉德明院（系、所） 光電學(xué)院2014年 1 月 2 日光子晶體光纖光柵的研究萬(wàn)旭（華中科技大學(xué) 光學(xué)與電子信息學(xué)院 武漢 430000）摘要：光子晶體光纖光柵是近十年發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新型的科技產(chǎn)品。由于它的優(yōu)良特性及其在光學(xué)通訊方面的廣泛應(yīng)用使得它越來(lái)越受到人們的關(guān)注。本文講解了光纖光柵的原理，特性，分類(lèi)，研究方法，以及發(fā)展?fàn)顟B(tài)，然后歸結(jié)為對(duì)光子晶體光纖光柵的研究，介紹光子晶體光纖光柵的組成材料，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性質(zhì)特點(diǎn)和制作

2、方法。使人們更加深入地理解光纖光柵這種科技產(chǎn)品能夠帶來(lái)的社會(huì)價(jià)值。關(guān)鍵詞：光子晶體；光子晶體光纖；光纖光柵；長(zhǎng)周期光纖光柵；光子晶體光纖光柵Studies on photonic crystal fiber gratingsWanxu(School of Optical and Electronic Information,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan,430000,China) Abstract:Photonic crystal fiber gratings (PCFG), as a new type of techn

3、ology products developed in resent years, has attracted more and more attentions due to its excellent properties and wide applications in optics communications. In this thesis, we discuss the principle, classification, research methods, as well as the development of state of the photonic crystal fib

4、er and fiber grating characteristics, and then attribute to the study of PCFG. And we have discussed mainly the ingredients, structural characteristics, properties and growth mechanism of PCFG, which is helpful to further understand the social value of this technology product.Key words: photonic cry

5、stal; photonic crystal fiber; fiber-gratings; long period fiber-gratings; photonic crystal fiber gratings引 言光子晶體光纖光柵是光子晶體光纖在光纖通信領(lǐng)域一個(gè)非常重要的應(yīng)用。在光子晶體光纖寫(xiě)入光纖光柵，對(duì)光子晶體光纖的實(shí)用化具有重要意義。在光子晶體光纖問(wèn)世之初，人們就嘗試在光子晶體光纖中寫(xiě)入光纖光柵，研究發(fā)現(xiàn)，基于光子晶體光纖的光柵，和常規(guī)光纖中寫(xiě)入的光纖光柵相比，在某些方面具有更加優(yōu)良的特性。最近幾年這一方面的研究進(jìn)展很快，出現(xiàn)了無(wú)摻雜光子晶體光纖布喇格光柵、摻鍺光敏纖芯光子晶體光纖光柵

6、、聚合物填充金屬鍍層的長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵、無(wú)摻雜純硅大模面積長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵等一系列科研成果。介紹光子晶體光纖光柵的理論，是從介紹光纖光柵的理論和光子晶體光纖的理論出發(fā)的。因?yàn)楣庾泳w光纖光柵是在光纖的芯層寫(xiě)入光柵的，要求芯層折射率滿足一定的函數(shù)分布，對(duì)包層沒(méi)有過(guò)高的限制，而光子晶體光纖主要是將空氣孔分布在包層中，影響包層的折射率，對(duì)芯層沒(méi)有高的要求，所以在這樣的情況下我們可以通過(guò)對(duì)光纖光柵和光子晶體光纖的理論分析來(lái)得到光子晶體光纖光柵的相關(guān)理論。1 光纖光柵1978年K.O.Hill等人首先在摻鍺光纖中采用駐波寫(xiě)入法制成第一只光纖光柵。Hill的早期光纖是采用488nm可見(jiàn)光波長(zhǎng)的

7、氛離子激光器，通過(guò)增加或延長(zhǎng)注入光纖芯中的光輻照時(shí)間而在纖芯中形成了光柵。后來(lái)Meltz等人利用高強(qiáng)度紫外光源所形成的干涉條紋對(duì)光纖進(jìn)行側(cè)面橫向曝光在該光纖芯中產(chǎn)生折射率調(diào)制或相位光柵。1989年，第一支布拉格諾振波長(zhǎng)位于通信波段的光纖光柵研制成功。1993年hill等人提出了位相掩模技術(shù)，它主要是利用紫外光透過(guò)相位掩模板后的士1級(jí)衍射光形成的干涉光對(duì)光纖曝光，使纖芯折射率產(chǎn)生周期性變化寫(xiě)入光柵，此技術(shù)使光纖光柵的制作更加簡(jiǎn)單、靈活，便于批量生產(chǎn)。1993年Alkins等人采用了低溫高壓氫擴(kuò)散工藝提高光纖的光敏特性。這一技術(shù)使大批量、高質(zhì)量光纖光柵的制作成為現(xiàn)實(shí)。經(jīng)過(guò)二十多年來(lái)的發(fā)展，光纖光柵

8、在光纖通信、光纖傳感等領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。隨著光纖光柵制造技術(shù)的不斷完善，光纖光敏性逐漸提高；各種特種光柵相繼問(wèn)世，光纖光柵某些應(yīng)用已達(dá)到商用化程度。應(yīng)用成果日益增多，使得光纖光柵成為最有發(fā)展前途、最具代表性和發(fā)展最為迅速的光纖無(wú)源器件之一。光纖光柵是利用光纖材料的光敏性（外界入射光子和纖芯內(nèi)鍺離子相互作用引起的折射率永久性變化），在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，其作用的實(shí)質(zhì)是在纖芯內(nèi)形成（利用空間相位光柵的布拉格散射的波長(zhǎng)特性）一個(gè)窄帶的（投射或反射）濾光器或反射鏡。 光纖光柵具有體積小、波長(zhǎng)選擇性好、不受非線性效應(yīng)影響、極化不敏感、易于與光纖系統(tǒng)連接、便于使用和維護(hù)、帶寬范圍大、附加損耗小、

9、器件微型化、耦合性好、可與其他光纖器件融成一體等特性，而且光纖光柵制作工藝比較成熟，易于形成規(guī)模生產(chǎn)，成本低，因此它具有良好的實(shí)用性，其優(yōu)越性是其他許多器件無(wú)法替代的。這使得光纖光柵以及基于光纖光柵的器件成為全光網(wǎng)中理想的關(guān)鍵器件。 2 光纖光柵的類(lèi)型 隨著光纖光柵應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)大，光纖光柵的種類(lèi)也日趨增多。根據(jù)折射率沿光柵軸向分布的形式，可將紫外寫(xiě)入的光纖光柵分為均勻光纖光柵和非均勻光纖光柵。其中均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度和折射率變化的周期(也稱(chēng)光纖光柵的周期)均沿光纖軸向保持不變的光纖光柵，如均勻光纖Brag光柵(折射率變化的周期一般為0.1um量級(jí))和均勻長(zhǎng)周期光纖光柵(折射率

10、變化的周期一般為100um量級(jí))；非均勻光纖光柵是指纖芯折射率變化幅度或折射率變化的周期沿光纖軸向變化的光纖光柵，如chirped光纖光柵(其周期一般與光纖Bragg光柵周期處同一量級(jí))、切趾光纖光柵、相移光纖光柵和取樣光纖光柵等。 具體分類(lèi)如下：2.1 均勻光纖光柵 均勻光纖Bragg光柵折射率變化的周期一般為0.1um量級(jí)。它可將入射光中某一確定波長(zhǎng)的光反射，反射帶寬窄。在傳感器領(lǐng)域，均勻光纖Bragg光柵可用于制作溫度傳感器、應(yīng)變傳感器等傳感器;在光通信領(lǐng)域，均勻光纖Bragg光柵可用于制作帶通濾波器、分插復(fù)用器和波分復(fù)用器的解復(fù)用器等器件。 2.2 均勻長(zhǎng)周期光纖光柵 均勻長(zhǎng)周期光纖光

11、柵折射率變化的周期一般為100um量級(jí)，它能將一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)入射光前向傳播芯內(nèi)導(dǎo)模耦合到包層模并損耗掉。在傳感器領(lǐng)域，長(zhǎng)周期光纖光柵可用于制作微彎傳感器、折射率傳感器等傳感器;在光通信領(lǐng)域，長(zhǎng)周期光纖光柵可用于制作摻餌光纖放大器增益平坦器、模式轉(zhuǎn)換器、帶阻濾波器等器件。 2.3 切趾光纖光柵 對(duì)于一定長(zhǎng)度的均勻光纖Bragg光柵，其反射譜中主峰的兩側(cè)伴隨有一系列的側(cè)峰，一般稱(chēng)這些側(cè)峰為光柵的邊模。如將光柵應(yīng)用于一些對(duì)邊模的抑制比要求較高的器件如密集波分復(fù)用器，這些側(cè)峰的存在是一個(gè)不良的因素，它嚴(yán)重影響器件的信道隔離度。為減小光柵邊模，人們提出了一種行之有效的辦法一切趾所謂切趾，就是用一些特定的

12、函數(shù)對(duì)光纖光柵的折射率調(diào)制幅度進(jìn)行調(diào)制。經(jīng)切趾后的光纖光柵稱(chēng)為切趾光纖光柵，它反射譜中的邊模明顯降低。 2.4 相移光纖光柵 相移光纖光柵是由多段M（M>2）具有不同長(zhǎng)度的均勻光纖Bragg光柵以及連接這些光柵的M-1個(gè)連接區(qū)域組成.相移光纖光柵因?yàn)樵谄浞瓷渥V中存在一透射窗口可直接用作帶通濾波器。 2.5 取樣光纖光柵 取樣光纖光柵也稱(chēng)超結(jié)構(gòu)光纖光柵，它是由多段具有相同參數(shù)的光纖光柵以相同的間距級(jí)聯(lián)成。除了用作梳狀濾波器之外，取樣光纖光柵還可用wdm系統(tǒng)中的分插復(fù)用器件。與其他分插復(fù)用器件不同的是，取樣光纖光柵構(gòu)成的分插器件可同時(shí)分或插多路信道間隔相同的信號(hào)。 2.6 chirped光纖

13、光柵 所謂chirped光纖光柵，是指光纖的纖芯折射率變化幅度或折射率變化的周期沿光纖軸向逐漸變大(小)形成的一種光纖光柵。在chirped光纖光柵軸向不同位置可反射不同波長(zhǎng)的入射光。所以chirped光纖光柵的特點(diǎn)是反射譜寬，在反射帶寬內(nèi)具有漸變的群時(shí)延，群時(shí)延曲線的斜率即光纖光柵的色散值。所以，可以利用chirped光纖光柵作為色散補(bǔ)償器。3 光纖光柵的制備3.1 成柵光源 光纖的光致折射率變化的光敏性主要表現(xiàn)在244nm紫外光的錯(cuò)吸收峰附近，因此除駐波法用488nm可見(jiàn)光外，成柵光源都是紫外光。大部分成柵方法是利用激光束的空間干涉條紋，所以成柵光源的空間相干性特別重要。目前，主要的成柵光

14、源有準(zhǔn)分子激光器、窄線寬準(zhǔn)分子激光器、倍頻Ar 離子激光器、倍頻染料激光器、倍頻OPO激光器等，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，窄線寬準(zhǔn)分子激光器是目前用來(lái)制作光纖光柵最為適宜的光源。它可同時(shí)提供193nm和 244nm兩種有效的寫(xiě)入波長(zhǎng)并有很高的單脈沖能量，可在光敏性較弱的光纖上寫(xiě)人光柵并實(shí)現(xiàn)光纖光柵在線制作。 3.2 光纖的光敏性要制作光纖光柵，就是要對(duì)光纖進(jìn)行處理產(chǎn)生折射率變化。通常，我們是利用光纖的光敏性，用UV光照射而產(chǎn)生折射率永久性變化的。要制作光纖光柵，光纖的光敏性將是決定性的因素。高的光敏性將會(huì)很容易制作光纖光柵，所以在制作光纖光柵前要對(duì)光纖做好預(yù)處理增敏。采用適當(dāng)?shù)墓庠春凸饫w增敏技術(shù)，可以在幾

15、乎所有種類(lèi)的光纖上不同程度的寫(xiě)入光柵。所謂光纖中的光折變是指激光通過(guò)光敏光纖時(shí)，光纖的折射率將隨光強(qiáng)的空間分布發(fā)生相應(yīng)的變化，如這種折射率變化呈現(xiàn)周期性分布，并被保存下來(lái)，就成為光纖光柵。 光纖中的折射率改變量與許多參數(shù)有關(guān)，如照射波長(zhǎng)、光纖類(lèi)型、摻雜水平等。如果不進(jìn)行其它處理，直接用紫外光照射光纖，折射率增加僅為（10的負(fù)4次方）數(shù)量級(jí)便已經(jīng)飽和，為了滿足高速通信的需要，提高光纖光敏性日益重要，目前光纖增敏方法主要有以下幾種： 1） 摻入光敏性雜質(zhì)，如：鍺、錫、棚等。 2） 多種摻雜（主要是B/Ge共接）。 3）高壓低溫氫氣擴(kuò)散處理。 4）劇火。 光纖完成了增敏處理過(guò)程就可以對(duì)光纖進(jìn)行寫(xiě)入折

16、射率的不同分布，進(jìn)而形成不同的光纖光纖光柵?，F(xiàn)在對(duì)光纖光柵的寫(xiě)入方法發(fā)展了很多種，本文就現(xiàn)在主要的幾種方法介紹一下光纖光柵的制作。3.3 成柵方法（1）內(nèi)部寫(xiě)入法 內(nèi)部寫(xiě)入法又稱(chēng)駐波法。將波長(zhǎng)488nm的基模氛離子激光從一個(gè)端面耦合到錯(cuò)摻雜光纖中，經(jīng)過(guò)光纖另一端面反射鏡的反射，使光纖中的入射和反射激光相干涉形成駐波。由于纖芯材料具有光敏性，其折射率發(fā)生相應(yīng)的周期變化，于是形成了與干涉周期一樣的立體折射率光柵，它起到了Bragg反射器的作用。已測(cè)得其反射率可達(dá)90%以上，反射帶寬小于200MHZ。此方法是早期使用的，由于實(shí)驗(yàn)要求在特制鍺摻雜光纖中進(jìn)行，要求鍺含量很高，芯徑很小，并且上述方法只能夠

17、制作布拉格波長(zhǎng)與寫(xiě)入波長(zhǎng)相同的光纖光柵，因此，這種光柵幾乎無(wú)法獲得任何有價(jià)值的應(yīng)用，現(xiàn)在很少被采用。用準(zhǔn)分子激光干涉的方法，Meltz等人首次制作了橫向側(cè)面曝光的光纖光柵。用兩束相干紫外光束在接錯(cuò)光纖的側(cè)面相干，形成干涉圖，利用光纖材料的光敏性形成光纖光柵。柵距周期由 =uv/（2sin）給出?？梢?jiàn)，通過(guò)改變?nèi)松涔獠ㄩL(zhǎng)或兩相干光束之間的夾角，可以改變光柵常數(shù)，獲得適宜的光纖光柵。但是要得到高反射率的光柵，則對(duì)所用光源及周?chē)h(huán)境有較高的要求。這種光柵制造方法采用多脈沖曝光技術(shù)，光柵性質(zhì)可以精確控制，但是容易受機(jī)械震動(dòng)或溫度漂移的影響，并且不易制作具有復(fù)雜截面的光纖光柵，目前這種方法使用不多。 (

18、2) 相位掩膜法 相位掩膜法實(shí)際上就是利用相位掩膜模板（衍射光學(xué)模板1 ），使得紫外光在掩膜板上形成衍射條紋，從而影響光纖中折射率的變化。如圖1，衍射模板緊貼在光纖光柵上，用UV光照射掩膜板，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖光柵的寫(xiě)入。掩膜板可以在光纖表面移動(dòng)，所以這樣可以形成長(zhǎng)的光纖光柵。圖1 相位掩膜法 將用電子束曝光刻好的圖形掩膜置于探光纖上，相位掩膜具有壓制零級(jí)，增強(qiáng)一級(jí)衍射的功能。紫外光經(jīng)過(guò)掩膜相位調(diào)制后衍射到光纖上形成干涉條紋，寫(xiě)入周期為掩膜周期一半的Bragg光柵。這種成柵方法不依賴于人射光波長(zhǎng)，只與相位光柵的周期有關(guān)，因此，對(duì)光源的相干性要求不高，簡(jiǎn)化了光纖光柵的制造系統(tǒng)。由于掩膜板的原因，我們對(duì)入

19、射光的角度的變化也不會(huì)引起光纖寫(xiě)入光柵的變化，儀器的機(jī)械變化也不會(huì)影響到制作，所以這種方法制作光纖對(duì)外部的變化穩(wěn)定性較強(qiáng)，這樣使得生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單易行。這種方法的缺點(diǎn)是制作掩膜復(fù)雜。并且每一個(gè)掩膜板只能制作同種類(lèi)型的光柵，要制作不同的周期的光柵就需要制作不同的掩膜板，這樣使得制作成本提高，不利于實(shí)際生產(chǎn)。用低相干光源和相位掩膜版來(lái)制作光纖光柵的這種方法非常重要，并且相位掩膜與掃描曝光技術(shù)相結(jié)合還可以實(shí)現(xiàn)光柵耦合截面的控制，來(lái)制作特殊結(jié)構(gòu)的光柵。該方法大大簡(jiǎn)化了光纖光柵的制作過(guò)程，是目前寫(xiě)入光柵極有前途的一種方法。應(yīng)用這種方法制作光柵，在1993年就已經(jīng)制作出了長(zhǎng)5mm，反射率達(dá)到94% 的光柵2。

20、同年利用這種技術(shù)制作出了多個(gè)周期的光柵，它的長(zhǎng)度可以達(dá)到5cm，后來(lái)通過(guò)技術(shù)的改進(jìn)，制作出了長(zhǎng)達(dá)1m 的光纖光柵3。（3） 逐點(diǎn)寫(xiě)入法 逐點(diǎn)寫(xiě)入法是利用精密機(jī)構(gòu)控制光纖運(yùn)動(dòng)位移，每隔一個(gè)周期曝光一次，通過(guò)控制光纖移動(dòng)速度可寫(xiě)入任意周期的光柵。這種方法在原理上具有最大的靈活性，對(duì)光柵的耦合截面可以任意進(jìn)行設(shè)計(jì)制作。如圖22是逐點(diǎn)寫(xiě)入的簡(jiǎn)單示意圖。原則上，利用此方法可以制作出任意長(zhǎng)度的光柵，也可以制作出極短的高反射率光纖光柵，但是寫(xiě)人光束必須聚焦到很密集的一點(diǎn)，因此這一技術(shù)主要適用于長(zhǎng)周期光柵的寫(xiě)入。它的缺點(diǎn)是需要復(fù)雜的聚焦光學(xué)系統(tǒng)和精確的位移移動(dòng)技術(shù)，通常我們難以控制光纖的移動(dòng)，它是一個(gè)機(jī)械過(guò)程

21、，機(jī)械過(guò)程的一個(gè)很大的弊端就是精確度很難把握，這樣極容易引起制作出的光柵質(zhì)量問(wèn)題。目前，由于各種精密移動(dòng)平臺(tái)的研制，這種長(zhǎng)周期光纖光柵寫(xiě)入方法正在越來(lái)越多的被采用。圖2 逐點(diǎn)寫(xiě)入法（4）熱激成柵法熱激成柵法專(zhuān)門(mén)用于寫(xiě)人長(zhǎng)周期光纖光柵（LPG）。2002年Kakarantzas G等人利用CO2激光在純硅纖芯的PCF上熱激蝕刻實(shí)現(xiàn)了LPG的寫(xiě)制4，它是利用C02激光在純石英纖芯的PCF上熱激蝕刻，或采用電弧加熱的方法，使PCF包層的空氣孔受熱坍塌，破壞其周期性結(jié)構(gòu)而獲得LPG。這種方法具有周期可調(diào)，靈活性高等優(yōu)點(diǎn)，可以在純石英的纖芯上進(jìn)行寫(xiě)入，彌補(bǔ)了紫外曝光技術(shù)需要纖芯摻雜的不足，簡(jiǎn)化了PCF的

22、生產(chǎn)工藝，降低了生產(chǎn)成本，但受裝置及光斑大小的限制，只能用于寫(xiě)入LPG。4 光子晶體光纖光柵的理論分析光子晶體光纖光柵是在光子晶體光纖中寫(xiě)入光纖光柵。由于光子晶體光纖獨(dú)特的無(wú)截止單模特性，低的空氣孔損耗和可控的色散等特點(diǎn)使得光子晶體光纖光柵和普通光纖光柵相比在一些方面更加的優(yōu)秀。我們知道光纖光柵是通過(guò)紫外光對(duì)光纖芯層作用使得光纖芯層的折射率分布滿足一定的要求，而光子晶體光纖分為芯層為固體硅材料的和芯層為空氣孔洞，即折射率引導(dǎo)和光子帶隙兩種光子晶體光纖，所以光子晶體光纖光柵一定是在折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖中寫(xiě)入的光纖光柵。光子晶體光纖光柵橫截面圖如下圖所示：圖3 光子晶體光纖光柵橫截面圖我們知道

23、光子晶體光纖包層孔洞的排列決定了光纖中的傳輸模的模式，而光纖光柵中通過(guò)耦合模式方程，知道纖芯層的折射率分布可以求解出光纖光柵中耦合模式和傳輸特性，所以在求解光子晶體光纖光柵的中的傳輸特性時(shí)，我們要求知道光纖包層的折射率分布和光纖芯層的折射率分布。芯層的折射率分布直接可以根據(jù)光纖光柵而已知，所以要求解光子晶體光纖的傳輸，必須求解包層的折射率。下面本部分就用光子晶體長(zhǎng)周期光纖光柵來(lái)分析。利用典型的光子晶體光纖空氣孔正六邊形的排布中寫(xiě)入的長(zhǎng)周期光纖光柵。長(zhǎng)周期光纖光柵的芯層折射率分布為，類(lèi)似與布拉格光纖光柵，不過(guò)它的光柵周期非常長(zhǎng)，它的耦合條件是20 或者，其中下標(biāo)co和cl分別代表芯層和包層。那么

24、現(xiàn)在只要知道包層的折射率就可以分析出這種光子晶體光纖光柵的傳輸特性了。我們現(xiàn)在采取的是利用等效折射率來(lái)求解正六邊形空氣孔排列光子晶體光纖的包層的等效折射率。光子晶體包層等效折射率：等效折射率是指將單個(gè)六邊形空氣孔光纖等效為傳統(tǒng)的圓行光纖，如圖4-3等效過(guò)程要求的是正六邊形的面積Ssix 正好等于圓的面積Sring，所以可以通過(guò)得到,即。再對(duì)等效的模型利用電磁場(chǎng)傳播的標(biāo)量近似理論5，得到在極坐標(biāo)中，光纖中傳輸模式滿足： （4-1） 圖4 等效過(guò)程求解這個(gè)方程，可以得到解： （4-2） （4-3）其中，,nr,nR表示對(duì)應(yīng)層的折射率，可以得到（4-4）根據(jù)邊界連續(xù)可以得到，即：（4-5）由，當(dāng) 時(shí)

25、，再次利用邊界連續(xù)條件和，可以得到：（4-6）根據(jù)（4-5）和（4-6），得到，所以包層的有效折射率6為：（4-7）包層的等效折射率求解出來(lái)了，我們可以看到，這個(gè)折射率是近似的結(jié)果，并不是確切值，不過(guò)它對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)可以解決大多數(shù)的問(wèn)題了。我們將等效折射率帶入到長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵耦合模式條件 中，可以得到光子晶體長(zhǎng)周期光纖光柵的透射峰在，。5 光子晶體光纖光柵的應(yīng)用PCFG的多種優(yōu)異特性使得其具有很廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域：某些PCFG對(duì)外部折射率變化保持光譜的穩(wěn)定性，這在需要對(duì)環(huán)境(如濕度等)變化條件下穩(wěn)定工作具有優(yōu)勢(shì)；傳統(tǒng)光纖光柵對(duì)應(yīng)力、溫度都具敏感性，這種交叉敏感效應(yīng)給應(yīng)力的測(cè)量帶來(lái)了誤差，

26、利用某些PCFG對(duì)溫度不敏感的特性，可以消除溫度、應(yīng)力交叉敏感效應(yīng)，獲得精確的物理量測(cè)量值；對(duì)于包層具有大空氣孔結(jié)構(gòu)的PCFG，可以在空氣孔內(nèi)充入對(duì)溫度或電磁敏感的材料，從而實(shí)現(xiàn)大范圍的波長(zhǎng)調(diào)諧，基于這種PCFG制成的性能優(yōu)越的調(diào)諧光電器件和光衰減器等光通信器件，可用于高速率、大容量的DWDM領(lǐng)域。PCFG還可以應(yīng)用在生物化學(xué)的傳感領(lǐng)域。長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵生物和折射率傳感器主要應(yīng)用了隱失波的靈敏性。由于在PCF中這種隱失波特性將更加明顯，由于在長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵中，可將待測(cè)樣品直接注入到PCF的空氣孔中，這時(shí)就會(huì)和探測(cè)電磁場(chǎng)產(chǎn)生一種強(qiáng)的相互作用7。選用大模場(chǎng)面積的PCF并通過(guò)CO2熱激

27、成柵法制成長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵8，既可以在PCF的空氣孔里注入氣體或液體，實(shí)現(xiàn)高精度折射率的測(cè)量，或在PCF的空氣孔外涂覆生物分子和化學(xué)分子薄膜，實(shí)現(xiàn)涂覆層薄膜厚度的測(cè)量。這種長(zhǎng)周期光子晶體光纖光柵可作為生物分子傳感器用于生物芯片產(chǎn)品，如微流體芯片中。另外，隨制作工藝的進(jìn)一步提高以及人們對(duì)PCFG不斷深人的研究，一些特性將被逐漸挖掘出來(lái)，如將PCF制做的相移光纖光柵、啁啾光纖光柵等。PCFG將隨著PCF一起，必會(huì)在光脈沖壓縮、光通信器件、光纖傳感、光信息存儲(chǔ)、通信領(lǐng)域等獲得更加廣泛的應(yīng)用，填充傳統(tǒng)光纖光柵的空白。6 總結(jié) 本文介紹了光纖光柵的類(lèi)型與制備方法。并將光子晶體光纖光纖光柵結(jié)合起來(lái)，

28、通過(guò)理論計(jì)算分析光子晶體光纖光柵的原理。并介紹了光子晶體光纖光柵在諸多方面的應(yīng)用。 從第一根光子晶體光纖光柵被制作出來(lái)到現(xiàn)在時(shí)間不是很長(zhǎng)，光子晶體光纖光柵還是一種年輕的產(chǎn)品。這種年輕的產(chǎn)品由于它的基礎(chǔ)組成光子晶體和光纖光柵是現(xiàn)在研究的熱門(mén)，使得它是一個(gè)非常具有潛力的新型產(chǎn)品。對(duì)這種產(chǎn)品的研究和制作是現(xiàn)在很多科學(xué)家所關(guān)注的，理論科學(xué)家還在致力于尋找更加好的計(jì)算方法，實(shí)驗(yàn)科學(xué)家還在努力制造出滿足人們生活中各種需要的光子晶體光纖光柵，相信這門(mén)年輕的學(xué)科將會(huì)快速的發(fā)展壯大。光子晶體光纖光柵到現(xiàn)在為止主要是在實(shí)驗(yàn)室制作出來(lái)的，將它投入到社會(huì)生產(chǎn)中還需要科學(xué)家的繼續(xù)努力，尋找更加符合市場(chǎng)機(jī)制的生產(chǎn)方法。隨

29、著PCFG的成功制備及對(duì)PCFG認(rèn)識(shí)的加深，各種基于PCFG的光子器件的研制，如各種PCFG激光器、PCFG放大器、PCFG濾波器以及PCFG多維傳感器等，也將隨之興起和發(fā)展。而研制結(jié)構(gòu)新穎、功能優(yōu)異的各種基于PCFG的新型光子器件，結(jié)合應(yīng)用具有“奇異”光學(xué)特性的PCF，將給光纖技術(shù)的深遠(yuǎn)發(fā)展帶來(lái)重大突破，為光通信與光傳感的發(fā)展提供新思路、新方法及新技術(shù)，并為設(shè)計(jì)、研制基于PCFG的新一代性能優(yōu)異的光子器件開(kāi)辟?gòu)V闊的應(yīng)用領(lǐng)域。PCFG現(xiàn)在是全球的一個(gè)研究熱點(diǎn)，隨著PCF技術(shù)的發(fā)展以及在該類(lèi)光纖內(nèi)寫(xiě)入光纖光柵技術(shù)的日益完善，將會(huì)有新的PCFG不斷涌現(xiàn)。PCF與傳統(tǒng)光柵技術(shù)的結(jié)合，將為光纖光柵領(lǐng)域帶來(lái)深刻的變革，將促進(jìn)并產(chǎn)生全新的性能優(yōu)異的新一代光纖光子器件，由此導(dǎo)致現(xiàn)代光纖技術(shù)的新跨越。參考文獻(xiàn)1 Anderson D Z, Mizrahi V, Erdogan T, et