《光纤光学教学》第二十讲.ppt

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3/13/2025
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开展历史
John Tyndall
Glass rod light guide
E. Curtiss
Cladded optical fiber
Solid-core photonic crystal fiber
Air-guiding photonic crystal fiber
1870年
1870+年
1956年
P. Russellet al.
silica
air
1996年
silica
air
1996年
3/13/2025
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光子晶体光纤 vs 传统光纤
传统阶跃折射率光纤〔SIOF〕：
由两种均匀材料构成，依靠纤芯掺杂实现
光子晶体光纤〔PCF〕：
把微米级甚至纳米级微结构引入光纤剖面设计中，依靠微结构不同于一般均匀材料的色散、能带等特性。
整个光纤的外径通常和商用普通光纤保持一致，为125m
导光根本原理：PCF中空气孔排列组成的光纤包层的有效折射率低于纤芯的折射率，而光总是趋向存在于高折射率材料中，因此光波可以被束缚在芯层里。
3/13/2025
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光子晶体光纤的类型
折射率导光型光子晶体光纤
空心光子带隙光纤
3/13/2025
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折射率导光型PCF
d代表孔的直径，代表孔与孔的间距，d/为包层多孔结构的占空比。
包层的等效折射率受d和影响，折射率导光型PCF的很多特性都可通过改变d和的大小来调节。d和通常与工作波长在一个量级上。
其包层的每个孔洞的大小及形状又可以不一样，甚至每两个相邻孔洞的间距也可以不一样。
这些因素大大增加了此类PCF设计的自由度。
3/13/2025
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折射率导光型PCF的模式
由于PCF不具备普通SIOF光纤的理想圆对称性，所有的模式都属混合模式，即不存在纯TE或TM模式 。
假设PCF包层微结构的占空比较高，那么除基模外的高阶模式也存在。具较小占空比的PCF只支持基模传播 。
基
模
二
阶
模
3/13/2025
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比较
普通SIOF的导波特性是通过调节纤芯直径以及芯、包层折射率差来实现的。其中，调节石英玻璃的折射率需要复杂的掺杂工艺。
PCF导光特性的控制可以仅依赖于结构上的调节。理论上，通过改变IG-PCF的包层空气孔尺寸，包层的有效折射率可以为1。这样的调节范围远突破了常规光纤中依靠纤芯掺杂所能到达的极限。
3/13/2025
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折射率导光型PCF
特点
无截止单模特性(满足d/ <=)
大模场尺寸 /小模场尺寸
色散可调特性 〔调节d,Λ等，无须掺杂)
应用
色散控制 (色散平坦，零色散位移可以到800nm)
非线性光学 〔高非线性，超连续谱〕
多芯光纤
有源光纤器件〔双包层PCF有效束缚泵浦光〕
光纤传感
3/13/2025
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折射率导光型PCF无截止单模特性
当λ减小，ncl变大,
nco保持不变
无截止单模特性
V<
实芯多孔光纤
新奇特性之一
3/13/2025
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折射率导光型PCF的色散控制
孔洞尺寸对折射率导光光纤群速度色散的影响。＝4m，d/＝、、、
3/13/2025
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