3分钟了解微结构光纤( 三 ) _微结构光纤

光子晶体光纤在大范围内支持单模传输，这使得单模工作波段相比传统单模光纤而言得到较大扩展，为波分复用增加信道数提供了可能。
光子晶体光纤的结构和纤芯可以灵活设计，因此易于实现大模场面积。将大模场面积与宽带单模传输特性结合起来，可实现高功率能量的传输。
选择合适的包层结构和光纤基底材料，可以控制光子晶体光纤的色散特性，得到色散平坦、多个色散零点或大的正负色散，适用于传输、光纤功能器件、色散补偿。
通过设计光子晶体光纤的纤芯和选用高非线性光纤材料，可以使光子晶体光纤具有很强的非线性效应，最成功的应用之一是利用纳秒、皮秒和飞秒光脉冲抽运光子晶体光纤，激发多重光学非线性效应(自相位调制、交叉相位调制、四波混频等) ，实现频谱展宽，从而产生超连续光谱，由此产生的超连续谱具有光谱范围宽、平坦度高、相干性好等优势。
在光子晶体光纤中引入不同传感机制（如表面等离子体共振， SPR），可实现高灵敏传感，折射率灵敏度比基于传统光纤的高1个数量级左右，从而可以应用于各种微小量变检测，如大气污染监测、生物传感、环境检测和应力结构监测等。在其空气孔或空芯内选择性填充各类敏感介质，使光纤的传输及模式特性发生改变，从而实现多种物理量（如温湿度、应力、电磁量等等）的高灵敏度检测。

此外还可实现基于光子晶体光纤的多种功能光纤器件（如偏振器、滤波器、波长转换等）。

反谐振光纤的主要应用
反谐振光纤在高功率脉冲激光传输及压缩、超快非线性频率变换、高速高容量光通信、生物化学分析和量子存储等领域展现出广阔的应用前景。目前反谐振光纤的超低损耗特性被广泛关注并成为研究热点， 2020年有报道反谐振光纤在1510 -1600 nm ，平均损耗为0.28±0.04 dB/km[3] 。

微结构光纤的发展趋势

综合当前国内外研究和应用现状，微结构光纤将在如下几个方向发展：

光纤通信器件：可调色散补偿器、动态PMD补偿器、高功率放大器、光参量放大器OPA、慢光及全光缓存器、波长转换器件等。
能量光纤器件：全光纤化激光器，单频、窄宽等大功率有源器件与无源光纤器件等。
医疗光纤器件：微创手术器件、内窥医疗器件等。
传感光纤器件：各种特殊环境应用的器件，如压力、温度、湿度、位移等参量的传感和探测器件，光纤陀螺等。

微结构光纤也面临着制备工艺复杂、成本高、缺乏与之匹配的相关器件等问题，因此它并没有像传统光纤那样在各个领域得到大面积应用推广。同时有关微结构光纤的理论仿真研究多于实验制备及测试。在未来的研究里，微结构光纤的制备工艺和实验工作成为两个重要的发展方向。

参考文献
[1]Philip St.J. Russell,Photonic-Crystal Fibers,JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, 2006 ， 24(12)：4729-4749.

[2]B. Temelkuran, S. D. Hart, G. Benoit, J. Joannopoulos, and Y. Fink.
Wavelength-scalable hollow optical fifibres with large photonic bandgaps
for CO2 laser transmission,Nature,2002 ， 420:650-653.

[3]G. T. Jasion, T. D. Bradley, K. Harrington, H. Sakr, Y. Chen, E. N. Fokoua, I. A. Davidson, A. Taranta, J. R. Hayes, D. J. Richardson, and F. Poletti, Hollow Core NANF with 0.28 dB/km Attenuation in the C and L Bands,in Optical Fiber Communication Conference Postdeadline Papers 2020, (Optical Society of America, 2020), paper Th4B.4.

作者简介：
施伟华，南京邮电大学电子与光学工程、微电子学院教授；邵婉婷、娄跃、穆蓉秋，南京邮电大学研究生。

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