知识和进展光子晶体光纤和波导3刘思敏陈晓虎汪大云郭儒�南开大学物理科学学院光子学中心天津�������摘要文章简述了光子晶体光纤和光子晶体波导的类型!导光原理及制作方法等�展示了近年来它们的进展及重要的应用前景�关键词光子晶体�光子晶体光纤�光子晶体波导ΠΗΟΤΟΝΙΧΧΡΨΣΤΑΛΦΙΒΕΡΣΑΝΔΩΑςΕΓΥΙΔΕΣ���≥�2���≤�∞�÷���2�∏•���⁄�2≠∏�����∏�ΠηοτονιχσΡεσεαρχηΧεντερ�ΠηψσιχσΧολλεγεοφΝανκαιΥνιϖερσιτψ�Τιανϕιν�������Χηινα�Αβστραχτ•���������√����∏������������������������������������������������√��∏��������������������∏��2����������������������������������������√���������������������������������������������√������Κεψωορδσ������������������������������������������������������√��∏���3国家自然科学基金�批准号����������������������������资助项目����������收到初稿�����������修回近年来�在光子晶体发展的基础上�人们提出了光子晶体光纤的新想法并得到了证明≈�)���其基本思想是�在二维光子晶体中引入一个/缺陷0作为光纤的核心�它的光学性质不同于核心周围作为包层的光子晶体材料�其目的是无光能损耗地将光陷获在光纤核心中�传统的光纤通过全内反射机制导向光�因此它要求光纤的核心必须具有高于周围包层的折射率�这种光纤已经在光通信中起到了重要的作用�它目前存在的主要问题是光能损耗与色散�在光纤长距离传输中�要求损耗尽可能少�光纤中光能损耗主要来源于吸收损耗和散射损耗�前者包括本征吸收和杂质�例如����引起的选择吸收�后者包括瑞利散射�光纤结构不完善和材料中缺陷引起的散射�人们从硅玻璃光纤的光学损耗和波长的关系得到了在�1�Λ�和�1��Λ�处有两个损耗极小值�作为光通信的两个窗口�目前在Κ��1��Λ�处�最低光损耗可达�1���Π���因此�光信号在光纤中传输一段距离后便需要中继放大�色散又分为模式色散!材料色散和结构色散�模式色散可以由单模光纤来克服�结构色散比前两种色散小一个数量级�因此在单模传输中主要是材料色散起作用�光纤通信中光信号是由一个个光脉冲组成的�如果不同波长的光波具有不同的传播速度�就会导致光脉冲展宽�从而丢失部分信息�如果光纤核心材料是无色散的�这种材料色散就不存在�随着信息量的日益增大�要求光纤输入更多的信息�则需要提高输入功率�但太大的功率又会引起光纤核心介质的非线性�如果能使核心的面积增大�又能保证单模传输�这样既可提高输入功率�又不会带来模式色散�光子晶体光纤就是基于传统光纤存在的以上问题而发展起来的�要了解光子晶体光纤�首先要了解什么是光子晶体��光子晶体光子晶体是折射率在空间周期性变化的介电结构�其变化周期是光波长数量级�它具有光子带隙�相应于光子带隙区域的那些频率的光波不能在这种晶体中传播�而被全部反射出去�这是因为折射率的周期性变化起到了多维衍射光栅的作用�由于布拉格衍射偏转了光波的传播方向�这类似于÷射线通#���#��卷�����年���期过一般晶体那样�光波被衍射的光谱区域相应于光子晶体带隙的光谱宽度�后者又是由光子晶体结构的对称性决定的�并随折射率调制深度的增加而增加�由电子能带理论知道�能隙是指在能量�或频率�Ε与波矢κ的关系在布里渊区的边界上出现了突变�这里波矢κ有两个含义�光波波长与光波方向�这就是说�能隙不但与光子能量有关�还与光波的方向有关�据此对光子晶体可以划分为两种不同的能隙�一为完全能隙�即在所有的方向上都有能隙�二为...
