光子晶體光纖論文ppt

1、光子晶體光纖光子晶體光纖特性及其應用特性及其應用光信息科學與技術(shù)三班李顯業(yè) 201141801069 王浩 2011418010802引言：引言：光子晶體光纖是一種新穎光纖,用光子晶體制作的新型光纖較傳統(tǒng)光纖具有顯著的優(yōu)勢。本文主要介紹了光子晶體光纖的一些特性及分類，展望了光子晶體光纖的未來發(fā)展前景。摘要：摘要：光子晶體 光子晶體光纖 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用3近年來，國家大力推動了信息化改革，光纖到戶等一系列信息惠民工程得以逐漸實施，光纖也逐漸的走進了平常百姓的生活。光纖技術(shù)目前被廣泛用于通信，傳感等領(lǐng)域，但是，目前廣泛應用的均是單模石英光纖，光纖中心為石英玻璃構(gòu)成的

2、纖芯，周圍為折射率稍低的皮層，也由石英玻璃構(gòu)成，其傳輸機理為全反射。由于其具有傳輸寬帶寬，低損耗，小體積，抗干擾等特點，目前已經(jīng)被廣泛應用。但是，石英光纖連接復雜，彎曲損耗大，纖芯直徑小等原因，使其進一步發(fā)展面臨很多局限性。因此，早在上世紀90年代初，光子晶體光纖就被提出。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用光纖的發(fā)展4光子晶體是一種具有周期性調(diào)制介電函數(shù)，且具有光子能帶和帶隙結(jié)構(gòu)的一類人工材料。它具有奇特的調(diào)控光子傳播狀態(tài)的本領(lǐng)。在光子晶體中，具有和固體電子晶體相似的特性，表現(xiàn)出光禁帶特性以及光局域特性，處于光禁帶中的光不能在光子晶體中傳播。利用禁帶內(nèi)光子不能在晶體內(nèi)傳播的性質(zhì)

3、可以制成光子晶體光纖，傳統(tǒng)的光纖主要利用電磁波在介質(zhì)交界處的全反射機制，在光纖轉(zhuǎn)彎的地方出現(xiàn)一個很大的問題：當波導的曲率大于一定值時，會出現(xiàn)很大的能量損失，只有當轉(zhuǎn)角的曲率半徑遠大于光波波長時，才能避免過多的能量損失。而在光子晶體中引入一線缺陷，如果線缺陷的頻率落在光子帶隙中，就會在其中引入一個光通道：光波導，當線缺陷為直線時，光波導也是直的，當線缺陷成一定角度時，光波導也成一定的角度。利用這一性能設(shè)計的光子晶體光纖能極大地減少光纖傳輸中能量的損失。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用？什么是光子晶體？5光子晶體光纖是在光子晶體的特性上發(fā)展出來的，它在外觀上與普通光纖非常類似，但

4、是它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)卻非常獨特。它由一系列的細微的空氣小孔組成，這種小孔貫穿了整根光纖，通過這些微小空氣孔對光的約束，實現(xiàn)光的傳導。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用？什么是光子晶體光纖？6u 第一種傳輸方式類似于傳統(tǒng)的全反射方式-膜篩。 中心的光子晶體光芯折射率大于旁邊的空氣小孔的折射率，所以光路可以發(fā)生全反射，由于小孔的大小比傳導光的波長還小，光線并不能溢出，使光路被完全的限制在光芯中傳播，進而達到傳輸信息的目的。u 第二種是依靠的光發(fā)生連續(xù)散射返回纖芯。 光纖的芯可以是中空的。雖然空芯折射率比包層石英玻璃，但仍能保證光不折射出去，這是因為包層中的小孔點陣構(gòu)成光子晶體。包層對一定

5、波長的光形成光子能隙，光波只能在空氣芯形成的缺陷中存在和傳播，光被限制在中心空芯之內(nèi)傳輸。雖然在空芯光子晶體光纖中不能發(fā)生全內(nèi)反射，包層中的小孔點陣結(jié)構(gòu)起到反射鏡的作用，使光在許多小孔的空氣和石英玻璃界面多次發(fā)生反射。這種光子晶體光纖可傳輸99%以上的光能，而空間光衰減極低，光纖衰減只有標準光纖的1/21/4。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖的導光原理71，無截止單模普通單模光纖隨纖芯尺寸的增加會變成多模光纖。而對于光子晶體光纖只要其空氣孔徑與孔間距之比小于0.2，便可在從藍光到2m的光波下單模傳輸，不存在截止波長。這就是無截止單模傳輸特性，且這種特性與光纖絕對尺

6、寸無關(guān)，因此通過改變空氣孔間距可調(diào)節(jié)模場面積，在1550nm可達1800m2，目前已制成了680m2的大模場光子晶體光纖，大約為常規(guī)光纖的10倍。小模場有利于非線性產(chǎn)生，大模場可防止發(fā)生非線性，這對于提高或降低光學非線性有極重要的意義。這種光纖具有很多潛在應用，如激光器和放大器（利用高非線性光纖），低非線性通信用光纖，高光功率傳輸?shù)取?光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖的特性2，不同的色度色散, 真空中材料色散為零，空氣中的材料色散也非常小，空氣芯光子晶體光纖的色散非常特殊。由于光纖設(shè)計很靈活，只要改變孔徑與孔間距之比，即可達到很大的波導色散，還可使光纖總色度色散達到

7、所希望的分布狀態(tài)，如零色散波長可移到短波長，從而在1300nm實現(xiàn)光弧子傳輸，因此具有優(yōu)良性質(zhì)的色散平坦光纖；各種非線性器件以及色散補償光纖等應運而生。3，極好的非線性效應雙折射效應普通光纖中出現(xiàn)的非線性效應是由于光纖單位面積上傳輸?shù)墓鈴娺^大造成嚴重損傷系統(tǒng)傳輸質(zhì)量的一個現(xiàn)象。而在光子能隙導光光子晶體光纖中，可以通過增加光子晶體光纖纖芯空氣孔直徑來降低單位有效面積上的光強，從而達到大大減少非線性效應的目的。光子能隙導光的這個特性為制造大有效面積光子晶體光纖奠定了技術(shù)基礎(chǔ)86，光子晶體光纖的非線性現(xiàn)象, 減小光纖模場面積，可增強非線性效應，從而使光子晶體光纖同時具有強非線性和快速響應特性。常規(guī)光

8、纖有效截面積在50100量級，而光子晶體光纖可以做到1量級，所以各種典型非線性光纖器件如科爾光閘、非線性環(huán)形鏡等就可以做成比普通光纖短100倍。通過改變孔間距可以調(diào)節(jié)有效模場面積，調(diào)節(jié)范圍在1.5波長處約為1800。在孔中可以裝載氣體，也可以裝載低折射率液體，從而使光子晶體光纖具有可控制的非線性。 7，易于實現(xiàn)多芯傳輸, 多芯傳輸有以下兩個優(yōu)點：一是提高了信道通信的容量，二是解決了單芯難以勝任的復雜通信網(wǎng)絡(luò)、矢量彎曲傳感、光纖耦合等問題。光子晶體光纖使得多芯的結(jié)構(gòu)能被精確定位且具有良好的軸向均勻性，無須附加其他工藝。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用4，優(yōu)良的雙折射效應在普通保

9、偏光纖中，雙折射效應越強，波長越短，保持傳輸光偏振態(tài)越好。在光子晶體光纖中，只需要破壞光子晶體光纖剖面圓對稱性，使其構(gòu)成二維結(jié)構(gòu)就可以形成很強的雙折射。通過減少空氣孔數(shù)目或者改變空氣孔直徑的方式，可以制成比普通保偏光纖高幾個數(shù)量級的高雙折射率光子晶體光纖保偏光纖。5，較高的入射功率 光子晶體光纖的全波長單模特性與光纖絕對尺寸無關(guān)，放大或縮小光纖照樣可以保持單模傳輸，這表明可以根據(jù)需要來設(shè)計纖芯面積。據(jù)資料介紹，英國巴斯大學研究人員已經(jīng)制作了工作在458nm，纖芯直徑是23的單模光子晶體光纖。其纖芯面積大約是傳統(tǒng)光纖纖芯面積10倍左右，用于高功率傳輸時，不會出現(xiàn)非線性效應。光子晶體光纖的特性9

10、光子晶體光纖全新的結(jié)構(gòu)和導光機制，優(yōu)越的光導等一系列給光纖通信及相關(guān)領(lǐng)域提供了一個廣闊的發(fā)展平臺，光子晶體光纖技術(shù)必將為光子技術(shù)帶來深刻的變化。然而光子晶體光纖的研究才剛剛起步，許多方面還不成熟，有許多問題尚待解決。 首先，目前光子晶體光纖的損耗還比較高，雖然在理論上光子晶體光纖的損耗值可以降到低于普通單模光纖的水平，即在1 55Ohm處低于0.2dBkm，但目前光子晶體光纖的損耗水平被限制在了ldBkm左右或更高的水平上。因此光子晶體光纖在實際用于長距離光纖通信之前還有許多工藝上的問題必須解決。 其次，由于光子晶體光纖一些比較奇異的參數(shù)，使得它的耦合的方法與傳統(tǒng)的光纖有著極大的不同，并且光子

11、晶體光纖的尾端需要進行密封，否則由于毛細管效應，光纖會吸人液體或者氣體。因此，在光子晶體光纖大規(guī)模使用之前，需要解決光子晶體光纖器件和普通單模光纖耦合的問題。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖目前的問題101，極大膜場光纖。單模光子晶體光纖可以把纖芯區(qū)域做的很大。在傳統(tǒng)光纖中，怎樣控制纖芯和包層之間的大小限制了單模光纖纖芯的大小。但是在光子晶體光纖中，無論整個結(jié)構(gòu)的尺寸有多大，只要保證孔直徑和間隔比率足夠小就可以了！因此，可以制作極大模場的光子晶體光纖。2，偏振控制。通過合理的對纖芯周圍的尺寸和分布狀態(tài)進行調(diào)整，傳輸模式發(fā)生雙折射，也使光因為偏振態(tài)的不同以不同的速度進行傳播。光線在光纖中傳播保持其偏振狀態(tài)不變，根據(jù)此原理可以進行偏振控制。3，無損光纖?？招竟庾泳w光纖在所有光纖中最具備突破現(xiàn)在運用的電訊信號的潛能。在一條空芯光子晶體光纖中，沒有任何固體物質(zhì)意味著非線性的效應被完全消除了，這就表示更高的能量可以在無干擾的情況下傳導。這樣基本上完全消除非線性效應的影響使得橫跨大西洋的信號傳輸可以不再需要放大器，同時還能獲得很高的系統(tǒng)可靠性并且很大地降低了設(shè)備和安裝成本。 光子晶體光纖特性及其應用光子晶體光纖特性及其應用光子晶