光子带隙光纤（上）

发布: 2012-11-06 07:54 | 作者: | 来源: MSCBSC 移动通信网 | 字体: 小中大

相关专题：光通信

上海交通大学　姜淳

【关键字】光子带隙光纤,光子晶体光纤,PCF

光子带隙光纤应用于WDM长距离传输信号，性能远比传统光纤优越。

传统光纤目前存在的主要问题是损耗、色散和非线性效应。在长距离传输中，要求损耗尽可能少，损耗主要来源于吸收和散射，前者包括本征吸收和杂质引起的选择吸收，后者包括瑞利散射、光纤结构不完善和材料中密度涨落引起的散射。光纤的水峰去除后，得到了全波光纤，其低损耗窗口从1.25μm到1.62μm。目前在1.55μm处，最低光损耗可达0.2dB/km。色散在目前的传输光纤中可分为模式色散，材料色散和波导色散。在单模传输中主要是材料色散和偏振模色散(PMD)起作用。

随着信息量的日益增大，要求光纤具有宽带宽，能传送更多的信息，则光纤需要承载的功率越来越高，但太大的功率又会引起纤芯介质的非线性效应。

光子带隙光纤(PBF)就是基于传统光纤存在的以上问题而发展起来的。PBF具有潜在的低损耗、低色散和低非线性效应等特性，在光通信领域将具有广阔的应用前景。

将不同介电常数的材料构成周期结构，电磁波在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，这种能带结构叫做光子能带。具有光子能带结构的光子晶体光纤(PCF)称为光子带隙光纤(PBF)。

PCF最大的特点是无休止单模特性。通过合理设计的PCF可以在所有频率上都能支持单模传输。无休止单模特性来源于纤芯和包层间的有效折射率差随频率变化，当频率增大到一定程度时，模式电场分布基本上不再变化，此时，如果空气孔足够小，高阶模式光的横向波长小于孔间距，使得高阶模能从孔间泄漏出去，而低阶模则能保留下来。

PCF另一个重要特点是其色散可调。例如，PCF能够在通信窗口任意波长以下获得反常色散，同时保持单模，这是传统光纤无法做到的。改变空气孔的排布和大小，PCF的色散和色散斜率会随之剧烈的改变。与传统光纤类似，PCF存在对应于两个偏振态的基模，在具有三次以上旋转对称性的结构中，因两个模式退化而不产生双折射，因此在传统光纤中难以解决的偏振模色散在PCF中容易解决。第三个特性是非线性可调。由于在很宽的频率范围能保持单模传输，PCF既可以将纤芯有效截面积增大，也可以使其减小。可通过调节纤芯的有效面积来抑制非线性光效应或增强非线性光效应。如果纤芯的有效面积增大，则光能量密度下降，可以抑制非线性光效应。当使用中空光子带隙光纤导光时，则所产生的非线性效应可以忽略。(未完待续)