光子晶體光纖

光子晶體光纖近年來引起廣泛關注，它的橫截面上有較複雜的折射率分佈，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大致在同一量級且貫穿器件的整個長度，光波可以被限制在光纖芯區傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質。例如，可以在很寬的帶寬範圍內只支持一個模式傳輸；包層區氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質；排列不對稱的氣孔也可以產生很大的雙折射效應，這為我們設計高性能的偏振器件提供了可能。

光子晶體的概念最早出現在1987年，當時有人提出，半導體的電子帶隙有著與光學類似的周期性介質結構。其中最有發展前途的領域是光子晶體在光纖技術中的應用。它涉及的主要議題是高折射率光纖的周期性微結構（它們通常由以二氧化硅為背景材料的空氣孔組成）。這種被談論著的光纖通常稱之為光子晶體光纖（PCFs），這種新型光波導可方便地分為兩個截然不同的群體。第一種光纖具有高折射率芯層（一般是固體硅），並被二維光子晶體包層所包圍的結構。這些光纖有類似於常規光纖的性質，其工作原理是由內部全反射（TIR）形成波導；相比於傳統的折射率傳導，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，這些我們所謂的內部全反射光子晶體光纖（TIR-PCFs） ，實際上完全不依賴於光子帶隙（ PBG ）效應。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，它利用這種效應把光束控制在芯層內。這些光纖（PBG-PCFs）表現出可觀的性能，其中最重要的是能力控制和引導光束在具有比包層折射率低的芯層內傳播。相比而言，內部全反射光子晶體光纖（TIR-PCFs）首先是被製造出來的，而真正的光子帶隙傳導光纖（PBG-PCFs）只是在近期才得到實驗證明。

光子晶體光纖按照其導光機理可以分為兩大類：折射率導光型（IG-PCF)和帶隙引導型（PCF）。帶隙型光子晶體光纖能夠約束光在低折射率的纖芯傳播。第一根光子晶體光纖誕生於1996年，其為一個固體核心被正六邊形陣列的圓柱孔環繞。這種光纖很快被證明是基於內部全反射的折射率引導傳光。真正的帶隙引導光子晶體光纖誕生於1998年。帶隙型光子晶體光纖中，導光中心的折射率低於復層折射率。空心光子晶體光纖（Hollow-core PCF,HC-PCF）是一種常見的帶隙型光子晶體光纖。光子晶體光纖主要通過堆疊的方式拉制而成，有些情況下會使用硬模（die）來輔助製造

折射率引導型光子晶體光纖具有無截止單模特性、大模場尺寸 /小模場尺寸和 色散可調特性（調節d,Λ等，無須摻雜)等特性。被廣泛應用於色散控制 (色散平坦，零色散位移可以到800nm)，非線性光學（高非線性，超連續譜產生），多芯光纖，有源光纖器件（雙包層PCF有效束縛泵浦光）和光纖感測等領域。

空隙帶隙型光子晶體光纖具有易耦合，無菲涅爾反射，低彎曲損耗、低非線性和特殊波導色散等特點被廣泛應用於高功率導光，光纖感測和氣體光纖等方面。光子晶體光纖的發展為光纖感測開拓了廣闊的空間，尤其是在生物感測和氣體感測方面為光纖感測技術帶來新的發展。