技术革新 D0:10.13571.cnki.cww.2017.17.028 光子晶体光纤的特性 高端有线制导领域。 2.灵活的色散裁剪特性 及应用发展趋势 改变光子品体光纤中的空气孔大小 与间距，光子品体光纤的色散和色散斜 南会急剧变化。如实心光纤的零色散点 在1300nm波长附近.也可以通过设计将 与普通光纤相比，光子品体光纤具有超强抗弯曲、灵活的色散裁剪、良 求伍占向长波长移动但是准以获 好的非线性和耐辐照等诸多灵活特性，从而展现出了广阔的发展前景。 短波长的零色散。光子品体光纤可以 现传统实心光纤无法实现的短波长零色 江苏亨通光纤科技有限公司丨陈伟 散特性、宽被段的色散平坦特性（如图 2),以及超大负色散特性。 起源于1992年的光子品体光纤具有 Huttunen等报道了一种具有高折 射率纤花的双芯光子品体光纤，色散系 普通光纤所不具备的新额特性， 如超型 并将4个不同波长的光源注入1米 数为-590005/(nmkm).并且能够实 抗弯曲、灵话的色散裁剪、良好的非线性 长的该光纤中，测试其近场与远场特性 现105nm的带色补。日ut 和耐辐照特性等，为光通信创新提供了】 证实了光在光子品体光纤中的传导特 。 阔的想象与创新空间，将在光通信、光器 性。1g98年J.C.Knight等在《Science》首 还提出了一种有效面积为80单 件、光传移、先进激光等领域具有广泛的 次报道"光纤中的光子带隙导波效应” 芯折射率为1.5、外芯折射率为1.385 的双芯光子品体光纤，其1550nm的 应用前绿。 发现类似电子能带来的光子带隙效应 色散系数为-1600ps/(nm.km),补偿 并制备出光子描刑光子品休光纤 带宽达330nm,可实现整个C+L波段 光子晶体光纤的起源 99g年.RPC egan等在《Science》首次 (1530nm-1625nm)的色散补偿。 “空气芯单模为 子带隙光纤“。 200 1992年.PSt I Russet首次得出米 年，P.SJ.Russel在《Science》发表光子品 晶体光纤(PCP)的概念。光子品体光纤 体光纤的论文，闸述了光子品体光纤的新 是指在垂直于光纤纵轴的横截平面内 颜特性与应用前景。 有二维周期性的折射率结构，并且这种 二维周期性结构在光纤纵轴方向上不变 200 的光纤，光子品体光纤最显著的特点是 光子晶体光纤的奇异特性 在光红横截面上的周相性结构。 古★女 光子品体光纤的结构与常规光纤 at【】 然不同.普通的光纤是由实体的纤芯和 光子品体光纤采用空气与石英玻璃 包层构成的，而光子晶体光纤的包层由 复合的材料结构，该结构可以大幅度提 图2不网结构的光子是体光纤色裁剪特 空气孔和石英构成，空气孔在纤芯的外 芯与包层之间较大的折射率反差 3.良好的非线性特性 围以正六边形的样子规则排列。石英 这种结构可以很好地将光波电磁场严格 高非线性光子品体光纤的非线性 空气复合结构的光子品体光纤大折射率 限制在光纤芯中。图1是3种典型的不同 系数是普通石英单模光纤的几十至几 结物的TT日用光子品体光纤。 反差、高度可控制的周期性折射率变化 百倍.可以高达245W-1km-1。因此 为光的传导与控制提供了新的机理及途 这种空气与石英复合结构的新型光 在光子品体光纤中不需要超快飞秒册 径。光子品体光纤具有许多独特而神奇 纤具有很强的抗弯性。其抗弯能力相比 的物理特性：可控的非线性、无尽单模特 G.657.B3光纤提升100倍以 冲，所用脉冲泵浦的峰值功率可以低 到次干瓦量级，这比常规光纤所需的 性、可调节的奇异色散、低弯曲损耗 半径可以降低到2毫米以下，可以用 场等 这些特性是常规石英单模光纤 功常低1~2个数量级 ,在此 情况下就可以产生较大的 很难或无法实现的，因此，光子品体光 非线性频率变换和双倍程 引起了科学工作者的浓厚兴趣，并开展 (400nm~1600nm)的超道 深入的理论与试验研究。 续光谱（见图3）。另外，光 1996年，英国南安普顿大学光电子 子品体光纤的色散特性具 学研究中心J.C.Knight等在《Opt.Lett》 图13种不结构的抗率光子是体光纤 有较大的设计灵活性，保括 1994-2017 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved. http//www cnki ner n
47 技术革新 光子晶体光纤的特性 及应用发展趋势 与普通光纤相比，光子晶体光纤具有超强抗弯曲、灵活的色散裁剪、良 好的非线性和耐辐照等诸多灵活特性，从而展现出了广阔的发展前景。 江苏亨通光纤科技有限公司│陈伟 起源于1992年的光子晶体光纤具有 普通光纤所不具备的新颖特性，如超强 抗弯曲、灵活的色散裁剪、良好的非线性 和耐辐照特性等，为光通信创新提供了广 阔的想象与创新空间，将在光通信、光器 件、光传感、先进激光等领域具有广泛的 应用前景。 光子晶体光纤的起源 1992年，P.St.J.Russel首次提出光子 晶体光纤（PCF）的概念。光子晶体光纤 是指在垂直于光纤纵轴的横截平面内具 有二维周期性的折射率结构，并且这种 二维周期性结构在光纤纵轴方向上不变 的光纤，光子晶体光纤最显著的特点是 在光纤横截面上的周期性结构。 光子晶体光纤的结构与常规光纤迥 然不同，普通的光纤是由实体的纤芯和 包层构成的，而光子晶体光纤的包层由 空气孔和石英构成，空气孔在纤芯的外 围以正六边形的样子规则排列。石英- 空气复合结构的光子晶体光纤大折射率 反差、高度可控制的周期性折射率变化， 为光的传导与控制提供了新的机理及途 径。光子晶体光纤具有许多独特而神奇 的物理特性：可控的非线性、无尽单模特 性、可调节的奇异色散、低弯曲损耗、大 模场等，这些特性是常规石英单模光纤 很难或无法实现的，因此，光子晶体光纤 引起了科学工作者的浓厚兴趣，并开展了 深入的理论与试验研究。 1996年，英国南安普顿大学光电子 学研究中心J.C.Knight等在《Opt.Lett.》 首次报道了所研制的实芯光子晶体光纤 样品，并将4个不同波长的光源注入1米 长的该光纤中，测试其近场与远场特性， 证实了光在光子晶体光纤中的传导特 性。1998年J.C.Knight等在《Science》首 次报道“光纤中的光子带隙导波效应”， 发现类似电子能带来的光子带隙效应， 并制备出光 子带隙 型 光 子晶体光纤。 1999年，R.F.Cregan等在《Science》首次 报道“空气芯单模光子带隙光纤”。2003 年，P.St.J.Russel在《Science》发表光子晶 体光纤的论文，阐述了光子晶体光纤的新 颖特性与应用前景。 光子晶体光纤的奇异特性 1．超强的抗弯曲特性 光子晶体光纤采用空气与石英玻璃 复合的材料结构，该结构可以大幅度提 高纤芯与包层之间较大的折射率反差， 这种结构可以很好地将光波电磁场严格 限制在光纤芯中。图1是3种典型的不同 结构的FTTH用光子晶体光纤。 这种空气与石英复合结构的新型光 纤具有很强的抗弯性。其抗弯能力相比 当前的G.657.B3光纤提升100倍以上，弯 曲半径可以降低到2毫米以下，可以用于 高端有线制导领域。 2．灵活的色散裁剪特性 改变光子晶体光纤中的空气孔大小 与间距，光子晶体光纤的色散和色散斜 率会急剧变化。如实心光纤的零色散点 在1300nm波长附近，也可以通过设计将 零色散点向长波长移动，但是难以获得 短波长的零色散。光子晶体光纤可以实 现传统实心光纤无法实现的短波长零色 散特性、宽波段的色散平坦特性（如图 2），以及超大负色散特性。 Hut tunen等 报 道了一种 具 有 高折 射率纤芯的双芯光子晶体光纤，色散系 数为-59 0 0 0ps/(nm.km)，并且能够实 现10 5nm的宽 带 色散补 偿。Huttunen 还 提 出了一种 有 效面 积 为 8 0μm 2、内 芯折射率为1. 5、外芯折射率为1. 3 8 59 的 双 芯 光 子 晶 体 光 纤，其 1 5 5 0 n m 的 色散 系数 为-16 0 0 ps/(n m.k m)，补 偿 带宽 达3 3 0 n m，可实 现 整 个 C+L 波段 （1530nm～1625nm）的色散补偿。 3．良好的非线性特性 高非线性光子晶体光纤的非线性 系数是普通石英单模光纤的几十至几 百倍，可以高达245W-1.km-1。因此， 在光子晶体光纤中不需要超快飞秒脉 冲，所用 脉 冲 泵 浦 的 峰 值 功 率 可 以低 到 次千瓦 量 级，这 比常 规 光 纤 所 需 的 功 率 低 1～2个 数 量 级，在 此 情况下就可以产生较大的 非线性频率变换和双倍程 (4 0 0 n m～16 0 0 n m)的 超 连 续 光 谱（见 图 3）。另 外，光 子晶体光纤的色散特性具 图1 3种不同结构的抗弯曲光子晶体光纤 有 较 大的设 计灵活性，保持 图2 不同结构的光子晶体光纤色散裁剪特性 DOI:10.13571/j.cnki.cww.2017.17.028
Specialties 特别报道·MWCS 束质量的激光输出：外包层采用较大的 空气孔，形成较大的折射率反差，从而增 大内包层的数值孔径，提高泵浦光耦合 效率，其内包层975nm的数值孔径可以达 到0.9。而且外包层中分若较大的空 和耐热 onic crystal 3 丰线性光子品体光产生的超连续光淘 生能。 C,D.Brooks等对纤芯直径为 包层内空气孔间距不变而增大空气的 空中应用的耐辐照可靠性。图5是一种掺 100μm、内包层直径290um、外包层直 填充比例就可以减小纤芯面积从而增 铒光子品体光纤，其在1530nm的吸收为 径1.5mm接镜双包层光子品体光纤（见 强非线性效应，同时纤芯和包层之间 图6)，进行增益阶段的主振荡功率放大 2.5dB/m.内包层数值孔径0.50。 极大的折射率差使得波导色散增大， (MOPA)试验，获得了峰值功率4.5MN 结果零色散波长可以移至短波长波段 的单横模薇光输出，光谱线宽20GHz,光 670nm-880nm),使得文些米特别 束质量因子M2~1.3。该光纤是迄今为止 适合采用掺钛监宝石激光或Nd3+系浦 报道的纤芯直径最大的双包层掺镜光子 微光光源的超连续光发生器。 品体光纤。 4.独特的光子带隙特性 7.空分复用特性 更为神奇的是，光子品体光纤还有 光子品体光 神奇的“变 。如果去除光子品体 具有灵活的空间排 纤的实心纤芯，换成“空心”就形成了类 布工艺技术，可利 5渗饵耐辐照光子昆体光纤 似于宇宙“虫洞”的时光隧道。大大减小 用光子品体复用为 了光纤传输的非线性效应、色散和损耗 6.大模场精性 纤技术制造空分多 S-MCF 可用于大功率激光传输、新型通信及光 采用光子品体光纤技术制造双包层 纤传感，图4是一种空心带隙型光子品体 掺镜光纤可以解决大有效面积与单模 光纤。 光纤等（见图7） 输的子香，它可以根据贵光器件的两求 Iun sakaguchi等利 设计制造纤芯杂浓府高、场面积大 ●● 用长16.8km的7芯为 内包层数值孔径大，同时维持纤芯单模 纤、97路100GHz间 A-MC 传输的高势求。 隔的WDM波分 双句层光子品体光纤的基本原 用通道、2路PDM 理就是：内包层采用小古空比的空气微 输86-Gb/s的QPS 孔点陈，实现干芯的单模传翰，既能够实 信号，总速率达到 理较大的模场面积.小高功率激光传 109Tb/s。7芯光纤 输形成的非线性效应，又能够实现高光 传输电扰很低，以 图3种多芯光子是体光 图4空心端深型光子昆体光纤 忽略不计。该实验首 次突破了以往100Tbis的单纤传输容 5.良好的耐性短船特性 限制，打破了原有的世界纪录，显现出作 光子品体光纤的纤芯可以不掺 为未来大容量传输媒质的多芯光纤巨人 实现纯二氧化硅的纤芯，因此该光纤可 潜力。该研究团队采用19芯光纤传输高 以具有很强的耐辐照性，在航空航天和 达305TBs的信号。 光纤陀螺等领域有诸多应用。其中掺铒 耐辐照光子品体光纤采用空气包层进行 设计，纤芯中掺钿，但是不引入具备色心 光子晶体光纤的应用前景 特性的金属锗元素，大大提升了其在太 图6超大模场的双包层链光子体光纤的端童扫酒 1.光子品体光纤激光器 hina Academie Journal Elect nic publishing House all rigbts resers http/www coki ne
48 特别报道●MWCS 包层内空气孔间距不变而增大空气的 填充比例就可以减小纤芯面积从而增 强 非 线 性 效 应，同 时 纤芯 和 包 层 之 间 极大的折射率差使得波导色散增大， 结果零色散波长可以移至短波长波段 (670nm～880nm），使得这些光纤特别 适合采用掺钛蓝宝石激光或Nd3+泵浦 激光光源的超连续光发生器。 4．独特的光子带隙特性 更为神奇的是，光子晶体光纤还有 一神奇的“变种”。如果去除光子晶体光 纤的实心纤芯，换成“空心”就形成了类 似于宇宙“虫洞”的时光隧道，大大减小 了光纤传输的非线性效应、色散和损耗， 可用于大功率激光传输、新型通信及光 纤传感，图4是一种空心带隙型光子晶体 光纤。 5．良好的耐辐照特性 光子晶体光纤的纤芯可以不掺杂， 实现纯二氧化硅的纤芯，因此该光纤可 以具有很强的耐辐照性，在航空航天和 光纤陀螺等领域有诸多应用。其中掺铒 耐辐照光子晶体光纤采用空气包层进行 设计，纤芯中掺铒，但是不引入具备色心 特性的金属锗元素，大大提升了其在太 空中应用的耐辐照可靠性。图5是一种掺 铒光子晶体光纤，其在1530nm的吸收为 2.5dB/m，内包层数值孔径0.50。 6．大模场特性 采用光子晶体光纤技术制造双包层 掺镱光纤可以解决大有效面积与单模传 输的矛盾，它可以根据激光器件的要求， 设计制造纤芯掺杂浓度高、模场面积大、 内包层数值孔径大，同时维持纤芯单模 传输的高要求。 双包层掺镱光子晶体光纤的基本原 理就是：内包层采用小占空比的空气微 孔点阵，实现纤芯的单模传输，既能够实 现较大的模场面积，减小高功率激光传 输形成的非线性效应，又能够实现高光 束质量的激光输出；外包层采用较大的 空气孔，形成较大的折射率反差，从而增 大内包层的数值孔径，提高泵浦光耦合 效率，其内包层975nm的数值孔径可以达 到0.9。而且外包层中分布着较大的空气 孔，没有光辐射到光纤的涂层上，大大地 提高了该光纤激光器的散热性能和耐热 性能。 C.D.Brooks等对纤芯直径为 100μm、内包层直径290μm、外包层直 径1.5mm掺镱双包层光子晶体光纤（见 图6），进行增益阶段的主振荡功率放大 （MOPA）试验，获得了峰值功率4.5MW 的单横模激光输出，光谱线宽20GHz，光 束质量因子M2～1.3。该光纤是迄今为止 报道的纤芯直径最大的双包层掺镱光子 晶体光纤。 7．空分复用特性 光子晶体光纤 具有灵活的空间排 布 工 艺 技 术 ，可 利 用光子晶体复用光 纤技术制造空分多 芯 光 纤，如 双 芯 光 纤、7 芯光 纤、19 芯 光 纤 等（见图7）。 Jun Sakaguchi等利 用长16.8km的7芯光 纤、97路100GHz间 隔的WDM波分复 用通道、2路PDM传 输86-Gb/s的QPSK 信 号，总 速 率 达 到 10 9 T b/s。7 芯光纤 传输串扰很低，可以 忽略不计。该实验首 次突破了以往100Tbit/s的单纤传输容量 限制，打破了原有的世界纪录，显现出作 为未来大容量传输媒质的多芯光纤巨大 潜力。该研究团队采用19芯光纤传输高 达305TB/s的信号。 光子晶体光纤的应用前景 1．光子晶体光纤激光器 图3 非线性光子晶体光纤产生的超连续光谱 图4 空心带隙型光子晶体光纤端面 图5 掺铒耐辐照光子晶体光纤端面 图6 超大模场的双包层掺镱光子晶体光纤的端面扫描 图7 3种多芯光子晶体光纤
技术革新 光纤激光器已经广泛应用于激光切 输入脉冲展宽得到超连续谱，在超连续 的全光缓存技术，这是金光通信史上的 割、激光焊接、激光钻孔、激光雕刻、激 光谱中取出特定波长的激光就可以制造 重大技术突破，并且实现了6个归一化脉 光打标、激光雷达、传感技术和空间教 不同波长的新型光源。招连续谱光源在 冲时延，这是目前光纤BS慢光的最大 术以及激光医学等领域。田际上，惨接 飞秒激光脉神的相位稳定、光学相干层 归一化时延。 光纤藏光器单相业年已经实现了9600W 析(OCT)、超知脉冲压缩、激光光谱学和 居望未来，光子品体光纤将在如下 的单模激光功率输出。2016年.我国接 传感技木等领域具有广泛的应用。 几个取得家被性应用 光纤激光器的单纤给出激光功率达到 高速大容量长涂传翰：光子品体光纤目 k。赏想楼镜双句层纤利用拔杂 4.光开关与传感器 有灵活可栽剪色散特性，可以制造出色散 现光纤包层与纤芯之间的折射率，使 光子品体光纤由于具有较高的非线 平坦、大有效面积，同时具各无尽单模特 得维持单模传输的纤芯面积难以增加 性效应，包括自相位调制、交叉相位调制 性的光子品体光纤，并且可以制造出少核 等，利用该非线性效应可以研制高速、偏 限制了双包层掺镜光纤薇光器性能的进 光纤和多芯光纤.少模与老芯光子品体 版无关的高性能集成化微型全光开关 一步提高。 纤可望在Tbit/s超大容量的高速光纤通 全光开关是波长路由全光网络和下一代 双包层镜光子品体光纤的诞生 信领实现应用 可以解决大有效面积与单模传给的子盾 宽带光源与波长变换器件：超高非线性 它可以根据激光器件的要求.设计制浩 基于光子品体光纤白相位调制效应的全 子品 光纤非线性到 是常规单模 光开关方案，.E.Sha ing等提出基于光 纤芯楼杂浓府高、博场面积大、内句层松 子品体光纤的交叉相位调制效应的全光 纤的100倍以上 值孔径大，同时维持纤芯单模传输的盘 连续光谱 可以为 要求，大大地提高了该光激光器的散 开关方案 节 光光原 热性能和耐热性能。2005年德国ena公 光子品体光纤中分布 多空 性实 的波长变化器 ,其灵 将不同的液 材料填 性是其 它非线性光纤器件无法比拟的， 获得了1530的激光输出 到空气微孔中就可以制造出各种各样 可以实现超跨度波长变换 传感器。Thomas Tangg 「d等将液品填充 光载微波保密通信：采用非线性光 2.光子品体光纤放大器 到PBG型光子品体光纤的 微孔中 品体光纤与差频技术，其保密功能非常 铒镜共糁光子品体光纤放大器是 制造出一种全光传感器件 该器件对识 强.可以实现RF通信 近年来光纤放大器的研究热点，国外在 度非常成.0.4℃的温度变化就可以产 高功率光纤激光器：采用光子品体升 该方面进行了大品的基应用研究 生60dB的消光比.是 一种的温府传 纤技术制造的大模场掺稀土光子品体光 Akr等格07n1700s47M1z22m 感器件或光开关。 纤，具备良好的抗热损伤能力，同时激光 的1557nm种子光注入到9米镜共拔 光束质量好.空气形成的内包层数值孔 双包层光子品体光纤，在7.1W的975 5.光刹 杯较大，大大根高藏光一极管与光纤的 浦米功家用下在15 得 为了实现高速全光通信 首先必彩 合效率。实现kW级意光输出在大功 实现能够光速书 光的存 200 率切制焊接以及激光打标等领域具有 M2小 表现出单 年1月，美国康奈尔( 11)大学的 乏应用 模特性 该铒共掺 Yoshitomo Okawachi等首次利用光纤H 子品体引 慢光与光 存储：利用光子品体光纤的 受激布里散射($BS)非线性效应实现 纤的参数为：品格常数A=22um,占空 超高非 光速减慢 了可调谐的将光时延。通过调整泵浦谢 比d/A=0.54.空气外包层直径222um. 光波长可以潤节被时证的诗长。面过因 纤芯Er3+和Yb3+的浓度分别为140ppm 术 节泵浦光的光强可以实现时延的大小变 和2000pnm.模场直径264m,纤芯数值 .试中实现了25ns的时延 孔径为0.04，内包层数值孔径为0.58， 光子品体光气 有普通光纤所不 976nm泵浦吸收系数为1.6dB/m」 具备的各 上的里程碎 光技术推 不止这 光子品体 3.超连续光诺与新型光源 而善变的新奇特性给科研工作 提 我谱(SC)是高功率密度脉 的快速高效特性 月，关 「更为广阔的想象与创新的空间，顶 光通过非线性介质产生的强烈光谱用 (Duke大字的 Gauthier等4 微结光纤将会在光通信、光情 宽，利用光脉神在光子品体光纤中的自 《Science》上发表论文，利用光纤中的 光传感、先进激光等领域具有广泛的应 相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)以 受被布单闲散射(SBS)非线性效应，成 用前景。 及四波混(FWM)等非线性效应，可使 功进行了慢光的读写试验，实现了慢光 1994-20 7China Academie Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved. http://www.cnki.ne
49 技术革新 图7 3种多芯光子晶体光纤 光纤激光器已经广泛应用于激光切 割、激光焊接、激光钻孔、激光雕刻、激 光打标、激光雷达、传感技术和空间技 术以及激光医学等领域。国际上，掺镱 光纤激光器单根光纤已经实现了9600W 的单模激光功率输出。2016年，我国掺 镱光纤激光器的单纤输出激光功率达到 5kW。常规掺镱双包层光纤利用掺杂实 现光纤包层与纤芯之间的折射率差，使 得维持单模传输的纤芯面积难以增加， 限制了双包层掺镱光纤激光器性能的进 一步提高。 双包层掺镱光子晶体光纤的诞生， 可以解决大有效面积与单模传输的矛盾， 它可以根据激光器件的要求，设计制造 纤芯掺杂浓度高、模场面积大、内包层数 值孔径大，同时维持纤芯单模传输的高 要求，大大地提高了该光纤激光器的散 热性能和耐热性能。2005年德国Jena公 司采用双包层掺镱光子晶体光纤，单纤 获得了1530W的激光输出。 2．光子晶体光纤放大器 铒镱共掺光子晶体光纤放大器是 近年来光纤放大器的研究热点，国外在 该方面进行了大量的基础应用研究。 Akira等将0.7nJ、700fs、47MHz、32mW 的1557nm种子光注入到9米铒镱共掺 双包层光子晶体光纤，在7.1W的975nm 泵浦光功率作用下，在15 5 0 nm 获得了 100fs、74nJ、350mW的放大激光输出， 光束质量因子M2小于1.05，表现出单横 模特性。该铒镱共掺双包层光子晶体光 纤的参数为：晶格常数Λ＝22μm，占空 比d/Λ＝0.54，空气外包层直径222μm， 纤芯Er3+和Yb3+的浓度分别为140ppm 和2000ppm，模场直径26μm，纤芯数值 孔径为0.04，内包层数值孔径为0.58， 976nm泵浦吸收系数为1.6dB/m。 3．超连续光谱与新型光源 超连续谱(SC)是高功率密度脉冲激 光通过非线性介质产生的强烈光谱展 宽，利用光脉冲在光子晶体光纤中的自 相位调制(SPM)、受激拉曼散射(SRS)以 及四波混频(FWM)等非线性效应，可使 输入脉冲展宽得到超连续谱，在超连续 光谱中取出特定波长的激光就可以制造 不同波长的新型光源。超连续谱光源在 飞秒激光脉冲的相位稳定、光学相干层 析(OCT)、超短脉冲压缩、激光光谱学和 传感技术等领域具有广泛的应用。 4．光开关与传感器 光子晶体光纤由于具有较高的非线 性效应，包括自相位调制、交叉相位调制 等，利用该非线性效应可以研制高速、偏 振无关的高性能集成化微型全光开关。 全光开关是波长路由全光网络和下一代 光网络的核心部件，P.Petropolous等提出 基于光子晶体光纤自相位调制效应的全 光开关方案，J.E.Sharping等提出基于光 子晶体光纤的交叉相位调制效应的全光 开关方案。 光子晶体光纤中分布着许多空气微 孔，将不同的液体、气体、固体材料填充 到空气微孔中就可以制造出各种各样的 传感器。Thomas Tanggaard等将液晶填充 到PBG型光子晶体光纤的空气微孔中， 制造出一种全光传感器件，该器件对温 度非常敏感，0.4℃的温度变化就可以产 生60dB的消光比，是一种较好的温度传 感器件或光开关。 5．光刹车与全光通信 为了实现高速 全光 通信，首先必须 实现能 够光 速 控制与光的存储。2 0 0 5 年1月，美 国康 奈 尔（Cor nell）大学的 Yoshitomo Okawachi等首次利用光纤中 受激布里渊散射（SBS）非线性效应实现 了可调谐的慢光时延，通过调整泵浦激 光波长可以调节被时延的波长，通过调 节泵浦光的光强可以实现时延的大小变 化，试验中实现了25ns的时延。 光纤中实现慢光是慢光研究历史 上 的 里 程 碑，它 直 接 将 慢 光 技 术 推 向 实 际 工程 化 应 用，充 分发 挥 了光 交 换 的快速高效特性。20 07年12月，美国杜 克(Duke)大学的Daniel J. Gauthier等在 《Science》上发表论文，利用光纤中的 受激布里渊散射（SBS）非线性效应，成 功进行了慢光的读写试验，实现了慢光 的全光缓存技术，这是全光通信史上的 重大技术突破，并且实现了6个归一化脉 冲时延，这是目前光纤SBS慢 光的最大 归一化时延。 展望未来，光子晶体光纤将在如下 几个领域取得突破性应用。 高速大容量长途传输：光子晶体光纤具 有灵活可裁剪色散特性，可以制造出色散 平坦、大有效面积，同时具备无尽单模特 性的光子晶体光纤，并且可以制造出少模 光纤和多芯光纤，少模与多芯光子晶体光 纤可望在Tbit/s超大容量的高速光纤通 信领域实现应用。 宽带光源与波长变换器件：超高非线性 光子晶体光纤非线性系数是常规单模光 纤的100倍以上，能够实现1000nm的超 连续光谱，可以为光通信DWDM系统提 供光源，节省大量激光光源成本；同时利 用非线性实现的波长变化器件，其灵活 性是其它非线性光纤器件无法比拟的， 可以实现超跨度波长变换。 光载微波保密通信：采用非线性光子 晶体光纤与差频技术，其保密功能非常 强，可以实现ROF通信。 高功率光纤激光器：采用光子晶体光 纤技术制造的大模场掺稀土光子晶体光 纤，具备良好的抗热损伤能力，同时激光 光束质量 好，空气 形成的内包层数值孔 径较大，大大提高激光二极管与光纤的 耦合效率，实现kW级激光输出，在大功 率切割焊接以及激光打标等领域具有广 泛应用。 慢光与光存储：利用光子晶体光纤的 超高非线性效应，可以实现光速减慢与 光速控制，这为未来的光存储与光交换 奠定了技术基础，也为全光通信提供了 技术实现的新路径。 光子晶体光纤具有普通光纤所不 具备的各种新颖特性，其在光器件领域 应用远远不止这些，光子晶体光纤灵活 而善变的新奇特性给科研工作者提供 了更为广阔的想象与创新的空间，预示 着微结构光纤将会在光通信、光器件、 光传感、先进激光等领域具有广泛的应 用前景。 编辑｜舒文琼 shuwenqiong@bjxintong.com.cn