光子晶體光纖的單模傳輸特性

專業(yè)綜合訓(xùn)練題目：光子晶體光纖的單模傳輸特性學(xué)院（系）：年級(jí)專業(yè)：學(xué)號(hào)：學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：教師職稱：

燕山大學(xué)專業(yè)綜合訓(xùn)練院（系）：理學(xué)院基層教學(xué)單位：學(xué)號(hào)學(xué)生姓名專業(yè)（班級(jí)）學(xué)習(xí)要求聽(tīng)從導(dǎo)師安排，海量收集資料信息，并對(duì)課題有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)。在提煉材料核心觀點(diǎn)的冋時(shí)注意積累，并通過(guò)向相關(guān)老師的學(xué)習(xí)，對(duì)課題能有更深層次的理解，從而形成比較成熟的觀點(diǎn)。最后整理出課題論文，并在答辯環(huán)節(jié)中能以PPT形式展現(xiàn)這段時(shí)間的研究成果。工作量29個(gè)工作日左右每天工作五小時(shí)工作計(jì)劃2011/12/15―-2011/12/20：閱覽材料2011/12/21―-2011/12/31：明確觀點(diǎn)2012/01/01―-2012/01/05：撰寫論文2012/01/06―-2012/01/09：形成PPT參考資料馬錫英?、《光子晶體原理及應(yīng)用》、北京科學(xué)出版社、2010期刊論文、吳國(guó)鋒、光子晶體與光子晶體光纖的應(yīng)用、2003譚曉玲，耿優(yōu)福，王鵬等?八角格子光子晶體光纖傳輸特性的研究[J].中國(guó)激光，2008P.Russell、PhotonicCrystalFibers、Science、2003關(guān)鐵梁、光子晶體光纖，激光與光電子學(xué)進(jìn)展、2002年第39卷第10期MichaelJSteelHonglingRaoaIldR.Scannozzion、Calculatingmicrostmctllledoptical6berlossusingtheFinite—DifferenceTime-Domainalgorithm、2003專業(yè)綜合訓(xùn)練一專業(yè)綜合訓(xùn)練一光子晶體光纖的單模傳輸特性共共14頁(yè)第#頁(yè)孔徑、高非線性、高雙折射光纖。特別是一些新式光子晶體光纖器件的設(shè)計(jì)，將具有重大的意義：利用光子晶體光纖制作寬帶光纖放大器、高功率光纖激光器、寬帶可調(diào)諧光纖光柵、光衰減器、波長(zhǎng)變換器、用于高調(diào)制速率數(shù)據(jù)恢復(fù)與整形的光開(kāi)關(guān)；利用光子晶體光纖非線性進(jìn)行拉曼光纖放大器和激光器的研究將極大拓寬目前光通信用波段范圍；利用非線性光子晶體光纖產(chǎn)生超連續(xù)譜，從整個(gè)可見(jiàn)區(qū)到紅外，光譜寬度可達(dá)到lOOOnm，對(duì)WDM系統(tǒng)的發(fā)展具有很大的吸引力；利用在空氣孔中填充特殊材料的手段可以制作光衰減器和用于倏逝場(chǎng)傳感器件；經(jīng)過(guò)研究合理設(shè)計(jì)，光纖可以具有平坦的高色散值，這種特性可用于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的色散補(bǔ)償和管理；利用光纖的非線性和反常色散特性可以產(chǎn)生光波段光孤子等。除此之外，光子晶體光纖的一些其他特性，如自相位調(diào)制（SPM）、四波混頻（FwM）、多次諧波、對(duì)脈沖壓縮等也都具有極大的研究?jī)r(jià)值。而具有光子禁帶的空芯光子晶體光纖更是具有特殊的性質(zhì)與應(yīng)用，由于光是在空氣芯中傳播的，可以具有超低的損耗和超低非線性，除了在光通信領(lǐng)域的應(yīng)用外，最近還顯示出了在粒子光鉗,小體積x一射線源等方面的優(yōu)勢(shì)。光子晶體光纖的這些特殊性質(zhì)，引起了國(guó)際上各發(fā)達(dá)國(guó)家科學(xué)家的注意，正在抓緊研究開(kāi)發(fā)。利用光子晶體光纖制作成光子器件還涉及到一些重要的機(jī)理問(wèn)題和技術(shù)問(wèn)題。這些機(jī)理和技術(shù)的研究解決將極大推動(dòng)光通信領(lǐng)域的發(fā)展，提高我國(guó)在這個(gè)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也具有重大意義?；靖拍罟庾泳w的概念最早出現(xiàn)在1987年，當(dāng)時(shí)有人提出，半導(dǎo)體的電子帶隙有著與光學(xué)類似的周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域是光子晶體在光纖技術(shù)中的應(yīng)用。它涉及的主要議題是高折射率光纖的周期性微結(jié)構(gòu)（它們通常由以二氧化硅為背景材料的空氣孔組成）。這種被談?wù)撝墓饫w通常稱之為光子晶體光纖（PCFs），這種新型光波導(dǎo)可方便地分為兩個(gè)截然不同的群體。第一種光纖具有高折射率芯層（一般是固體硅），并被二維光子晶體包層所包圍的結(jié)構(gòu)。這些光纖有類似于常規(guī)光纖的性質(zhì)，其工作原理是由內(nèi)部全反射（TIR）形成波導(dǎo)；相比于傳統(tǒng)的折射率傳導(dǎo)，光子晶體包層的有效折射率允許芯層有更高的折射率。因此，重要的是要注意到，這些我們所謂的內(nèi)部全反射光子晶體光纖(TIR-PCFs)，實(shí)際上完全不依賴于光子帶隙(PBG)效應(yīng)。與TIR-PCFs截然不同的另一種光纖，其光子晶體包層顯示的是光子帶隙效應(yīng)，它利用這種效應(yīng)把光束控制在芯層內(nèi)。這些光纖(PBG-PCFs)表現(xiàn)出可觀的性能，其中最重要的是能力控制和引導(dǎo)光束在具有比包層折射率低的芯層內(nèi)傳播。相比而言，內(nèi)部全反射光子晶體光纖(TIR-PCFs)首先是被制造出來(lái)的，而真正的光子帶隙傳導(dǎo)光纖(PBG-PCFs)只是在近期才得到實(shí)驗(yàn)證明。光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖，光子晶體光纖是近年來(lái)出現(xiàn)的一種新型光纖，這種光纖通常由單一介質(zhì)構(gòu)成并由在二維方向上緊密排列而在軸向保持結(jié)構(gòu)不變的波長(zhǎng)量級(jí)的空氣孔構(gòu)成微結(jié)構(gòu)包層，它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔，這些氣孔的尺度與光波波長(zhǎng)大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)長(zhǎng)度，光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如，可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸；包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì)；排列不對(duì)稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng)，這為我們?cè)O(shè)計(jì)高性能的偏振器件提供了可能。光子晶體光纖呈現(xiàn)出許多在傳統(tǒng)光纖中難以實(shí)現(xiàn)的特性，因而受到了廣泛關(guān)注并成為近年來(lái)光學(xué)與光電子學(xué)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。圖1不同結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖導(dǎo)光原理光子晶體光纖實(shí)際上是一種帶有線缺陷的二維光子晶體，該缺陷可以是空氣，也可以是二氧化硅，根據(jù)引入缺陷的不同，形成了兩種導(dǎo)光機(jī)制完全不同的光子晶體光纖：光子帶隙PcF和全內(nèi)反射PCF。最初提出PcF概念的時(shí)候，希望利用光子禁帶效應(yīng)來(lái)導(dǎo)光。如圖2左所示的PCF中，在纖芯處引入了一個(gè)大空氣孔作為缺陷，就會(huì)在光子帶隙中產(chǎn)生缺陷態(tài)，PCF就可以利用這個(gè)缺陷態(tài)沿著光纖方向?qū)Ч?。這種光子晶體光纖利用光子帶隙導(dǎo)光，因此被稱作光子帶隙光子晶體光纖（PhotonicBandGapPCF）。光子帶隙PCF對(duì)空氣孔的大小和排列有很高的要求，只有空氣孔相當(dāng)大（孔直徑不小于孔間距的40％），并且空氣孔嚴(yán)格按照周期性排列時(shí)，光子帶隙才會(huì)出現(xiàn)。這種PcF由于制作困難，沒(méi)有得到廣泛的研究和應(yīng)用。圖2光子帶隙光子晶體光纖截面圖第二種導(dǎo)光機(jī)制可以稱為全內(nèi)反射機(jī)制，它與普通光纖的導(dǎo)光方式類似，這種方式對(duì)空氣孔排列的精確程度要求較低，也不要求大直徑的氣孔。中間空氣孔缺失而引起缺陷（圖2右），會(huì)使中間的缺陷區(qū)域和外圍的周期性區(qū)域出現(xiàn)有效折射率差，從而將光子局域在高折射率纖芯中（如Si02），中間的缺陷相當(dāng)于纖芯，而外圍的周期性區(qū)域相當(dāng)于包層。這種全反射型的導(dǎo)光機(jī)制己經(jīng)被證實(shí)，它并不依賴干周期性結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的光子禁帶。在理論上，其他類型的氣孔排布也可以達(dá)到同樣的功能。因?yàn)檫@種光纖包層含有氣孔，與傳統(tǒng)實(shí)芯Si02不同，且這種光子晶體光纖具有一些傳統(tǒng)全內(nèi)反射光纖所不具備的特性，因而又將其叫做改進(jìn)的全內(nèi)反射光子晶體光纖(TotalIntemalRenection．PCF，TIF.PCF)。這種導(dǎo)光機(jī)制的PCF可以沿用經(jīng)典的全內(nèi)反射導(dǎo)光機(jī)制，可以用類似普通光纖的方法來(lái)分析，如有效折射率模型，理解起來(lái)較為容易，而且不需要精確的空氣孔排列，實(shí)現(xiàn)起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，所以目前大多數(shù)的研究和應(yīng)用都是針對(duì)這種類型的PCF。二、新穎特性——無(wú)盡單模傳輸特性(EndlesslySingleMode)光子晶體光纖(PCF)橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布,通常含有不同排列形式的氣孔,這些氣孔的尺度與光波波長(zhǎng)大致在同一量級(jí)且貫穿器件的整個(gè)長(zhǎng)度,光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如,可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸;包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì);排列不對(duì)稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng),這些特點(diǎn)使其迅速成為全世界光通信和光電子學(xué)領(lǐng)域科學(xué)家關(guān)注的前沿?zé)狳c(diǎn)。這些特點(diǎn)也使得光子晶體光纖成為好的傳輸材料，通過(guò)改變PCF空芯的大小、排列、形狀和間距等參數(shù),實(shí)現(xiàn)許多傳統(tǒng)光纖所沒(méi)有的性質(zhì)。K.Saitoh等人在2003年提出一種漸變六邊形格點(diǎn)的多空光纖，A.H.Bouk等人在2004年提出一種方形結(jié)構(gòu)的微結(jié)構(gòu)光纖，2008年譚曉玲等人又對(duì)八角格子光子晶體光纖的傳輸特性進(jìn)行了研究，張虎等人對(duì)光子晶體光纖的模式特性進(jìn)行了研究，我國(guó)各大研究機(jī)構(gòu)從光子晶體光纖的各個(gè)方面進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)的研究，取得了一定的成果。本文應(yīng)用平面波展開(kāi)法數(shù)值模擬了光子晶體光纖的傳輸特性，為光子晶體光纖的制作提供了理論依據(jù)。傳統(tǒng)光纖存在截止波長(zhǎng)，只有傳輸波長(zhǎng)大于截止波長(zhǎng)時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)單模傳輸。光子晶體光纖引人注目的一個(gè)特點(diǎn)是，結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)的PCF具備在337nm至超過(guò)1550nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)都支持單模的特性，它的這個(gè)特性被稱成為無(wú)盡的單模特性(EndlesslySingle—mode)。傳統(tǒng)階躍光纖導(dǎo)波模數(shù)是由歸一化頻率V確定的，而在光子晶體光纖中也可以類似定義歸一化頻率Veff:Veff2-nVeffcoeff其中，為纖芯半徑,,CO和"ef分別為纖芯折射率與包層有效折射率，pef是有效纖芯半徑。對(duì)于常規(guī)光纖，在v<2.045的范圍內(nèi)，光纖為單模。由于材料折射率相對(duì)于波長(zhǎng)的變化較緩慢，因此傳統(tǒng)光纖的V值與波長(zhǎng)差不多成反比，如果縮短工作波長(zhǎng)，就會(huì)出現(xiàn)多模。普通單模光纖的截止波長(zhǎng)一般大于lum。對(duì)于全內(nèi)反射光子晶體光纖，在較長(zhǎng)波長(zhǎng)下工作時(shí)，光場(chǎng)分布的邊緣擴(kuò)展到纖芯附近的氣孔區(qū)域。如果工作波長(zhǎng)縮短，光場(chǎng)向空氣孔的滲出就減小，也就是說(shuō)光場(chǎng)更集中于纖芯位置，所以包層的有效折射率上升，從而接近于纖芯的折射率。其結(jié)果是，隨著波長(zhǎng)變短，纖芯和包層的折射率差減小，抵消了普通單模光纖中當(dāng)波長(zhǎng)減小時(shí)出現(xiàn)多?，F(xiàn)象的趨勢(shì)。還可以這樣認(rèn)為，當(dāng)波長(zhǎng)降低到一定程度時(shí)，模式電場(chǎng)分布基本固定下來(lái)，不再依賴于波長(zhǎng)，空氣孔足V夠小時(shí)，高階模的橫向有效波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于孔間距，高階模從孔間泄漏出去，eff值的波長(zhǎng)依存性減弱，從而可以在更寬的帶寬內(nèi)實(shí)現(xiàn)單模工作。根據(jù)數(shù)值計(jì)算，對(duì)于空氣孔按三角分布的全內(nèi)反射PCF，當(dāng)空氣孔直徑d與空氣孔間距人(又稱跨距)之比不大于0.41，才具備無(wú)休止單模傳輸特性。當(dāng)這個(gè)比值增大時(shí)，單模工作的波長(zhǎng)范圍逐漸變小，空氣孔較大的PCF，將會(huì)與普通光纖一樣，在短波長(zhǎng)區(qū)會(huì)出現(xiàn)多?，F(xiàn)象。單模工作擴(kuò)展的意義在于，一方面，對(duì)普通單模光纖而言，目前正在使用和開(kāi)發(fā)的C波段(1530—1565mn)、L波段(1570—1620mn)和S波段(1450—1520mn)總帶寬只有約150mn，而光子晶體光纖使單模工作波段向短波方向擴(kuò)展了600—700nm，這為波分復(fù)用增加信道數(shù)提供了充足的資源。另一方面，無(wú)盡單模特性與光纖的絕對(duì)尺寸無(wú)關(guān)，無(wú)論光纖尺寸的放大或縮小，仍可保持單模傳輸。這樣的單模傳輸特性使光子晶體光纖非常有用。當(dāng)用于傳輸高光功率時(shí)無(wú)須擔(dān)心出現(xiàn)非線性效應(yīng)，這對(duì)利用光子晶體光纖制作光放大器和激光器是非常有吸引力的。反之，當(dāng)需要強(qiáng)的非線性效應(yīng)時(shí)，通過(guò)改變光子晶體光纖的空氣孔間距便可調(diào)節(jié)有效模場(chǎng)面積，如果在空氣孔中填充合適的非線性材料

(例如在空氣孔中裝載氣體或低折射率液體)，光子晶體光纖會(huì)出現(xiàn)較強(qiáng)的非線性性質(zhì)，這對(duì)諸如Ramam器件以及改善全光開(kāi)關(guān)和四波混頻的閾值是很有用的。三、理論和計(jì)算方法平面波展開(kāi)法主要通過(guò)將電磁場(chǎng)在倒格矢空間以平面波疊加的形式展開(kāi),并將麥克斯韋方程組化為一個(gè)本征方程,求解本征值即可得到傳播光子的本征頻率和本征模態(tài),從而獲得光子晶體光纖的傳播特性和色散特性。由Maxwell方程組得到光子晶體光纖傳播方程如下:（1）W2E（1）c2w2Hw2H2)3)4)3)4)頻率；c——光速;—倒格矢；A和Bc2通過(guò)解方程(1)和(2),經(jīng)過(guò)一系列的變化得到本征方程(3)和(4),工KQ-G，k+G）A（+G，）=WA（k+G）c2G工K（7-G，k+G）B（+G，）=WB（k+G）c2G(公式(1)一(4)中：E電場(chǎng)；H磁場(chǎng)；w—11)——介電常數(shù)；k——波矢量；K——波矢；G,G，系數(shù)。我們只需要解其中一個(gè)方程,求出本征值,就可以算出色散系數(shù),改變k的方向,重復(fù)上述步驟,就可以得到光子晶體光纖傳播模式圖。光子晶體光纖的色散主要是由于光纖所傳輸?shù)男盘?hào)是由不同的模式成分和不同頻率成分來(lái)攜帶的,這些不同的模式成分和頻率成分傳輸?shù)乃俣炔幌嗤?在傳輸?shù)倪^(guò)程中互相散開(kāi),致使脈沖波形通過(guò)光纖后發(fā)生展寬而產(chǎn)生的現(xiàn)象。它可以用公式(5)來(lái)表示。v=2兀(no-n)effAeff(5)n式中：A——晶格周期；——導(dǎo)模的模式折射率；n0——空氣折射v率；eff——色散。數(shù)值模擬上述方程即可得到光子晶體光纖的色散特性。四、數(shù)值模擬與結(jié)果分析4.1PCF模型及其纖芯傳播模式光子晶體光纖的模型如圖3所示，其基質(zhì)為二氧化硅，材料折射率n=1.45,空氣孔直徑d=0.3um,相鄰兩空氣孔中心的間距為A=2.3um,d/A=0.13決定單模輸出，圖4所示光子晶體光纖纖芯的傳播模式圖，纖芯保持單模傳播,通過(guò)傅里葉變換得到遠(yuǎn)場(chǎng)模式。ooooooo

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ooooooooooooooo圖3光子晶體光纖的模型圖4光子晶體光纖的傳播模式圖4.2PCF參數(shù)對(duì)其傳輸特性的影響輸入頻率對(duì)PCF傳輸特性的影響,也可以說(shuō)是輸入波長(zhǎng)對(duì)傳輸特性的影響。圖3數(shù)值模擬了k波矢量與頻率的變化關(guān)系,橫坐標(biāo)為波矢量,縱坐標(biāo)為頻率。從圖中可以看到光子晶體光纖k波矢量與頻率的變化關(guān)系呈線性變化。通過(guò)改變包層空氣孔的大小也可以改變其傳輸特性,這個(gè)主要通過(guò)PCF的色散特性表現(xiàn)出來(lái)。圖4數(shù)值模擬了d/A和光子晶體光纖色散之間的關(guān)系。模擬過(guò)程中，通過(guò)改變d值的大小得到圖4,當(dāng)d/A=0.1,d/A=0.2,d/A=0.3,d/A=0.4,d/A=0.5,可以看到隨著空氣孔的增大，色散依次增大，即損耗增大不利于PCF的傳輸。但是由圖發(fā)現(xiàn)v當(dāng)eff=2.4時(shí)出現(xiàn)單一模式，損耗較小，利于PCF的傳輸。圖5光子晶體光纖k波矢量和頻率的關(guān)系5斗320g1「0!lg(A/k)dM-0.5d'/l-0.5斗320g1「0!lg(A/k)dM-0.5d'/l-0.1dM=O.4d//4=O,3dol-0.2圖6光子晶體光纖的色散關(guān)系五、小結(jié)光子晶體光纖的模型,數(shù)值模擬了光子晶體光纖的傳輸特性,得到了其傳播模式,色散關(guān)系,通過(guò)改變頻率觀察波矢量與頻率的變化關(guān)系,通過(guò)改變包層空氣孔的大小觀察其傳輸特性,由圖發(fā)現(xiàn)當(dāng)eff=2.4時(shí)出現(xiàn)單一模式,損耗較小,利于PCF的傳輸,理論的研究為光子晶體光纖傳輸器件的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。六、廣泛應(yīng)用光子晶體光纖具有許多優(yōu)于傳統(tǒng)光纖的新特性。目前人們己經(jīng)利用它的色散、非線性、雙折射以及超寬單模傳輸?shù)忍匦灾谱鞒龈鞣N用途的光纖。丹麥的Crystal—Fiber公司更率先將這種光纖推向市場(chǎng)。隨著對(duì)其研究的深入和制作技術(shù)的成熟，光子晶體光纖將在未來(lái)的光通信中發(fā)揮重要作用。6.1光纖通信PCF在光纖通信系統(tǒng)中的潛在應(yīng)用主要有兩個(gè)方面：傳輸光纖和光器件。PCF作為傳輸光纖的研究要點(diǎn)是改進(jìn)制造工藝、降低光纖損耗。PCF作為光器件的研究要點(diǎn)是通過(guò)調(diào)整PCF的結(jié)構(gòu)尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)PCF器件所需要的性能。眾所周知，作為光信號(hào)傳輸介質(zhì)，無(wú)論是G.652光纖還是PCF都應(yīng)該滿足低損耗、小色散和低非線性效應(yīng)。與G.652損耗機(jī)理相同，PCF損耗主要來(lái)源于吸收和散射。此外，由于PCF結(jié)構(gòu)的特殊性，也自然帶來(lái)了一些特殊的損耗來(lái)源，如模式泄漏損耗和結(jié)構(gòu)缺陷損耗。人們采取了一系列措施來(lái)降低PCF的損耗，主要有（1）提高芯/包層材料的純度；（2）采用減少污染包層材料管的工藝；（3）通過(guò)合理設(shè)計(jì)空氣填充比/空氣孔數(shù)量來(lái)降低泄漏模式。PCF具有的低損耗、小色散、低非線性效應(yīng)特性，使得其在光纖通信領(lǐng)域的應(yīng)用是非常有前途的，尤其對(duì)于長(zhǎng)途通信系統(tǒng)。隨著PCF設(shè)計(jì)方法和制造工藝的不斷改進(jìn)，PCF性能正日趨完善。特別是K.Tajima等人通過(guò)合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，如空氣孔直徑d和空氣孔間距r以及d/r比值，大道理既減少PCF的衰減，又改善PCF的色散和色散效率的目的?，F(xiàn)在，PCF已經(jīng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的光纖通信系統(tǒng)傳輸試驗(yàn)研究階段。2003年初的世界光纖通信會(huì)議（OFC）上，日本電報(bào)電話公司（NTT）接入網(wǎng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的K.Tajima等人報(bào)道了他們研制出的衰減為0.37dB/km的超低衰減、長(zhǎng)長(zhǎng)度的PCF。PCF具有完全的單模特性，可用工作波長(zhǎng)范圍為0.458—1.7》m。C.Peucheret等人的研究小組利用5.6km的PCF線路進(jìn)行工作波長(zhǎng)為1550nm的40Gbit/s的傳輸實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所用的PCF的有效面積是72平方》m、衰減為1.7dB/km、色散系數(shù)為32ps/(km.nm)。實(shí)驗(yàn)表明，PCF作為光信號(hào)傳輸介質(zhì)時(shí)，系統(tǒng)的性能沒(méi)有劣化，與G.652光纖相比，PCF最大優(yōu)勢(shì)是在保證很小的偏振模色散系數(shù)的前提下，色散系數(shù)、有效面積和非線性系數(shù)可以靈活設(shè)計(jì)。通過(guò)靈活設(shè)計(jì)PCF的3個(gè)特征結(jié)構(gòu)參數(shù)：纖芯直徑、包層空氣孔直徑和包層空氣孔間距，我們就可以獲得很大的正色散，或者很大的負(fù)色散，或極寬波段的平坦色散PCF。特別是PCF的靈活色散、色散效率補(bǔ)償帶寬管理能量比G.652光纖大幾倍，故PCF具有優(yōu)良的色散補(bǔ)償性能，有希望代替普通的色散補(bǔ)償光纖，成為新一代色散補(bǔ)償光纖。由于普通色散補(bǔ)償光纖的芯/包層折射率差小(1.45/1.3)，所以其色散補(bǔ)償能力差。而PCF的芯/包層差大(1.45/1),因此PCF具有很強(qiáng)的色散補(bǔ)償能力。清華大學(xué)的研究人員從理論上計(jì)算了PCF的色散值，在計(jì)算中所選擇的PCF結(jié)構(gòu)參數(shù)是：空氣孔間距為0.8》m,空氣孔直徑與空氣孔間距之比是0.835。計(jì)算得到，在1.55》mPCF的色散值可以達(dá)到-2050ps/(km.nm)，可以補(bǔ)償120倍長(zhǎng)度的G.652光纖(17ps/(km.nm)),可以補(bǔ)償240倍長(zhǎng)度的G.655光纖(8.2ps/(km.nm)),從而大大縮短了色散補(bǔ)償光纖的長(zhǎng)度。因此，PCF的色散補(bǔ)償作用在高速率、大容量、遠(yuǎn)距離的WDM系統(tǒng)中將會(huì)具有極大的應(yīng)用價(jià)值。PCF可以構(gòu)成光纖激光器和光纖放大器，究其理由是通過(guò)調(diào)整包層空氣孔直徑及其間距可以靈活設(shè)計(jì)出模場(chǎng)面積范圍為1--1000》m2的PCF，使得PCF在光纖激光器和光放大器研制中比G.652光纖更具有優(yōu)勢(shì)。已經(jīng)取得研究進(jìn)展的PCF與光纖通信相關(guān)應(yīng)用還有:光波長(zhǎng)變換、拉曼放大器、光孤子激光器、光纖光柵和連續(xù)譜發(fā)生器等。6.2超連續(xù)產(chǎn)生利用飛秒脈沖在PCF中產(chǎn)生超連續(xù)譜已經(jīng)廣泛應(yīng)用于光學(xué)相干層析、計(jì)量學(xué)等領(lǐng)域，但大部分實(shí)驗(yàn)采用工作在800nm波長(zhǎng)的Ti:sapphire激光器作為泵浦源，因?yàn)檫@種激光器能產(chǎn)生能量達(dá)幾個(gè)nJ的超短飛秒脈沖，只有個(gè)別實(shí)驗(yàn)利用1560nm波長(zhǎng)附近的基于摻鉺光纖激光器的飛秒脈沖。采用摻鉺光纖激光器作為泵浦光源不但可以將飛秒超連續(xù)技術(shù)應(yīng)用于1560nm附近的通信窗口，而且它比Ti:sapphire激光系統(tǒng)更小巧、更穩(wěn)定。在OFC'2004上，H.Hundertmar等報(bào)道了一種全光纖二極管泵浦的鉺光纖激光－放大系統(tǒng)，并利用PCF進(jìn)行了超連續(xù)實(shí)驗(yàn)。其實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示:激光器環(huán)路由鉺光纖（正色散）和兩段負(fù)色散光纖SMF1528、Flexcorl060構(gòu)成，整個(gè)環(huán)長(zhǎng)3.4m，對(duì)應(yīng)基頻59.1MHz，利用非線性偏振旋轉(zhuǎn)效應(yīng)實(shí)驗(yàn)被動(dòng)鎖模。當(dāng)980nm泵浦的輸出功率為150mW時(shí)，在1560nm波長(zhǎng)可得到輸出功率14mW、脈寬65fs的鎖模脈沖。放大系統(tǒng)由鉺光纖、SMF1528和Flexcor1060構(gòu)成，這些光纖的長(zhǎng)度經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以使放大器的二階色散最小，從而使激光脈沖的線性啁啾最小。該激光一放大系統(tǒng)產(chǎn)生的脈沖入射到一段長(zhǎng)30cm、芯徑2.6mm、零色散波長(zhǎng)1.3mm的PCF中，通過(guò)強(qiáng)非線性作用產(chǎn)生750~1750nm的超連續(xù)錯(cuò)。與以往的基于PCF的超連續(xù)產(chǎn)生系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的最大特色在于它是一個(gè)全光且利用最小的脈沖能量（200PJ）在1550nm附近得到了最好的展寬效果。另外，S.C.Buchter等采用二極管泵浦的Q開(kāi)關(guān)激光器作為泵浦光源，零色散波長(zhǎng)~1550nm的PCF作為非線性介質(zhì)，獲得了700nm帶寬、平坦的納米紅外超連續(xù)錯(cuò)。七、存在的問(wèn)題光子晶體光纖全新的結(jié)構(gòu)和導(dǎo)光機(jī)制，優(yōu)越的導(dǎo)模特性、優(yōu)異的設(shè)計(jì)自由度給光纖通信及相關(guān)領(lǐng)域提供了一個(gè)廣闊的發(fā)展平臺(tái)，光子晶體光