解析！光子晶体光纤的结构及其导光原理

　　光子晶体光纤又被称为微结构光纤，近年来引起广泛关注，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在光纤芯区传播。光子晶体光纤有很多奇特的性质。例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应，这为我们设计高性能的偏振器件提供了可能。

 

　　光子晶体光纤的结构及其导光原理：

　　就结构而言，光子晶体光纤可以分为实心光纤和空心光纤。实心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃棒周围的光纤。空心光纤是将石英玻璃毛细管以周期性规律排列在石英玻璃管周围的光纤。

　　光子晶体光纤导光机理可以分为两类：折射率导光机理和光子能隙导光机理。

　　折射率导光机理：周期性缺陷的纤心折射率（石英玻璃）和周期性包层折射率（空气）之间有一定的差别，从而使光能够在纤芯中传播，这种结构的光子晶体光纤导光机理依然是全内反射，但与常规G．652光纤有所不同，由于包层包含空气，所以这种机理称为改进的全内反射，这是因为空芯光子晶体光纤中的小孔尺寸比传导光的波长还小的缘故。

　　光子能隙导光机理：在理论上，求解电磁波（光波）在光子晶体中的本征方程即可导出实芯和空芯光子晶体光纤的传导条件，其结果就是光子能隙导光理论。

　　中心为空芯，虽然空芯的折射率比包层石英玻璃低，但仍能保证光不折射出去，这是因为包层中的小孔点阵构成光子晶体。当小孔间的距离和小孔直径满足一定条件时，其光子能隙范围内就能阻止相应光传播，光被限制在中心空芯之内传输。

　　最近有研究表明，这种HF 中可传输99 ％以上的光能，而空间光衰减极低，因此光纤衰减可能只有标准光纤的1/2～1/4。但并不是所有光子晶体光纤都是光子能隙导光。

　　空芯光子晶体光纤的光子能隙传光机理的具体解释是：在空芯光子晶体光纤中形成周期性的缺陷是空气，传光机理是利用包层对一定波长的光形成光子能隙，光波只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播。虽然在空芯光子晶体光纤中不能发生全内反射，但包层中的小孔点阵结构就像一面镜子，这样光就在许许多多的小孔的空气和石英玻璃界面多次发生反射。