高双折射率光子晶体光纤的研究进展
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来源：《现代信息科技》2020年第18期
摘 要：光子晶体光纤因其独特的导光特性和灵活的结构而优于传统光纤，高双折射特性使其用于保偏光纤、光纤陀螺等光纤器件。通过阅读研究相关文献进行的理解和总结，在分析双折射特性基本原理的基础上，介绍了近年以提高光子晶体光纤双折射特性为主要目标的国内外研究进展，增加不对称性或转变不同方向的应力可有效获得高双折射特性。随着人工超材料的不断发展，光子晶体光纤在光通信等领域有着极广的发展和应用前景。
关键词：光子晶体光纤;高双折射率;空气孔;偏振
中图分类号：TN252 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）18-0061-03
Abstract：Photonic crystal fiber is superior to conventional fiber due to its unique light conducting characteristics and flexible structure. High birefringence makes it suitable for polarization-prerving fiber，fiber optic gyro and other fiber devices. Bad on the analysis of the basic principles of birefringence characteristics through the understanding and summary of reading rearch related literature，this paper introduces the rearch progress at home and abroad with the main goal of improving the birefringence characteristics of photonic crystal fibers in recent years，high birefringence can be obtain
ed by increasing the asymmetry or changing the stress in different directions. The stress can effectively obtain high birefringence characteristics. With the continuous development of artificial metamaterials，photonic crystal fiber has a very wide range of applications and profound practical prospects in optical communication and other fields.
Keywords：photonic crystal fiber;high birefringence properties;air hole;polarization
0 引 言compounded
英國Bath大学的Rusll于1992年首次提出光子晶体光纤（Photonic Crystal Fiber，PCF）的概念[1]。PCF又称多空光纤、微结构光纤，由单一材料和多个气孔周期性地缠绕在纤芯周围而形成。这种复杂结构导致其横截面上呈现复杂的折射率分布，由于存在光子带隙，光波只能在折射率较小的纤芯内传输。
由于光学系统具有更高的加工精度，相比电子系统更精准、更容易实现振幅和相位测量，光子晶体光纤一经提出便引起了各方面的广泛关注，随即在理论层面、工艺制造到各种应用都有了一定的研究发展，目前已经制造出结构相对复杂、功能较强的PCF器件，如
女王的英文单词是什么光纤激光器、光纤传感器、光纤光源、光波长转换器、色散补偿器等，这些产品具有高性能且应用广泛。
1 光子晶体光纤结构及分类国庆节贺语
不同的排列方式组成不同复杂度的光子晶体空间结构，其中较为经典的是一维平面型，二维立体型和三维空间型，如图1所示。光子晶体光纤是二维立体型中研究最为广泛的一种，使用旋转拉丝技术可以制备出三维空间型。
PCF的分类方法很多，最常用的是根据导光原理分为如图2所示的两类[1]：一类是带隙型光子晶体光纤（Photonic Bandgap PCF，PBG-PCF），这类PCF的纤芯多为空气孔，包层排列着周期性的空气孔，它的包层折射率高于纤芯折射率，光波在低折射率的纤芯中传输;另一类是全内反射型光子晶体光纤（Total Internal Reflection PCF，TIR-PCF），这类PCF的纤芯为实心，包层材料与纤芯材料通常是一样的，包层上有空气孔，空气孔可以随机排列，也可以按一定规则排列，纤芯的折射率较包层高，主要靠全内反射效应实现导光。
还有其他的分类方法，如按形状分、按照材料分、按照光纤的特性分、按照模式数量分等，这些不同分类的光子晶体光纤可以根据需要进行组合，从而得到结构更为复杂、性能更为优越的PCF。
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2 高双折射率光子晶体光纤
2.1 高双折射特性考研英语一和英语二有什么区别
改变光子晶体光纤包层的结构、空气孔的数量及形状等，就可以改变传输的模场、损耗等，使其具有无截止单模传输、高双折射、高非线性等特性[2]。
双折射现象指由于光纤在传输x和y两个偏振方向的基模时，产生不同的偏振折射率，使其传播常数β不再相同，公式表示为：
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其中，βx、βy分别表示x轴和y轴上的传播常数。通常用这两个方向上相互正交的偏振模的有效折射率之差B来表征，称为模式双折射参量，表达式为：
其中， 和 分别表示两个相互正交模式的有效折射率，k0表示真空中的波数。普通单模光纤中B的数量级为10-6～10-5，高双折射光纤指的是B>10-5。B越大，保偏性能越好。
2.2 高双折射光子晶体光纤的优点
高双折射光子晶体光纤（Highly Birefringent Photonic Crystal Fibers，HB-PCF）具有以下优点[2]：设计自由灵活;温度稳定性较好;可保持较宽范围的单模工作波长;可以实现低限制损耗、高非线性等特点，可以用于制作保偏光纤、光纤陀螺等光纤器件，在光纤通信系统中有广泛的应用前景。
2.3 高双折射率光子晶体光纤的研究与发展
好书伴我成长演讲稿 第一根PCF由英国南安普顿大学的Knight及Birks等在1996年研制成功，英国Bath大学的Blanch等在2000年研制成功第一根髙双折射PCF[3]，通过改变包层空气孔形状来引入不对称性，在1.55 μm处的双折射值为3.7×10-3。
随着制备工艺的改进和光通信技术的快速发展，研究人员不断探求获得高双折射PCF的方法，近十年的一些研究成果总结如下：
2008年浙江工商大學何忠蛟等人在纤芯中使用掺杂物质（如锗）增加纤芯的折射率[4]，得到了10-3量级的HB-PCF，其研究表明掺杂区域形状也对双折射率产生一定的作用。
2012年浙江工业大学马骏等人在最里层用八边形态的晶格空气孔柱代替了以往的三角形晶格空气孔柱[5]，在1.55 μm处获得2.251 7×10-2的双折射。
2013年南开大学侯宇等人提出了一种蜂窝状包层中有圆形气孔、纤芯中有椭圆气孔的光子晶体THz光纤[6]。其在较宽的THz频率范围里，实现了高双折射（大于0.022）及低约束消耗（0.01 dB/m）。
2014年印度维特大学Revathi等人在PCF结构中加入了椭圆气孔，并把它称为螺旋形PCF[7]，1.55 μm处双折射达到10-2量级。该结果表明空气孔椭圆率越大，结构变得越不对称，双折射增强。
同年天津大学姚建铨等研究了一种包层由大小不同的圆形空气孔、按六边形排列构成的HN-HB-PCF[8]，在纤芯中心沿x方向加入两个椭圆形空气孔，沿y方向为两组大气孔。在1.55 μm处非线性系数可达53.5 W-1km-1，双折射达到1.092 9×10-2。三分钟演讲
2015年南开大学吴宵宵等设计了石墨烯包层结构的HB- PCF[9]，其底层材料采用SiO2，内部核心点为PG玻璃材料制作成的椭圆形的纤芯，包层采用石墨烯六角蜂巢结构，
免费在线翻译该结构具有旋转和平移的双重对称性。所设计光纤具有高双折射、小模场面积的特征，且损耗具有极低，能够用于超连续谱光源的产生。
元宵节英语怎么说 2016年中国科学院空间利用技术与工程中心重点实验室韩杰等提出了由填充碲酸盐玻璃的椭圆形纤芯、矩形排列的四个圆形气孔包裹层和八角形排列的圆形气孔包层组成的HC-PCF[10]。波长为1.55 μm时双折射达到0.119，非线性参数为3.42 W-1m-1。
