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一根細細的玻璃纖維(光纖)能夠把等同于上千本書的信息簡直瞬時地傳輸到數百公里外。在現代通訊職業中，它早已代替了銅線，變成長間隔信號傳輸的載體。光纖自1966 年面世以來，大家開始尋求的目標是盡可能地下降損耗。70 時代末，光纖已達到每公里只要4-5%能量損耗(0.2dB/km)，光信號能夠傳輸幾十公里;跟著科技的開展，到80 時代后期摻鉺光纖放大器(Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA)面市，光信號能夠傳輸過程中增強，徹底解決了光纖損耗這一歷史性難題，完結了跨洋超長間隔信息傳輸。光導纖維作為通訊職業一個充滿活力的新興力量，繁榮開展壯大起來。因而，具有 光纖之父 美譽的華裔科學家高錕在2009年榮獲諾貝爾物理學獎。

自1990年以來，因為網絡數據通訊業務的快速增長，使得大家對傳統通訊體系的請求不斷前進，更大容量、更高速率、更長傳輸間隔的光纖通訊體系隨之呈現。但在傳統的光纖體系中，存在著比如色散、非線性和下一代全光網絡中的邏輯器材功用簡略(如:光開關)的難題，這就需求有新的光纖技能和器材作支撐。

1、從傳統光纖到光子晶體光纖

1987年，Eli Yablonovitch等科學家發現某些動物體表有周期性規則擺放的細毛，能夠把某些顏色(對應必定波長)的光徹底反射，而吸收其它波長，展現出美麗的顏色，如圖1所示孔雀的茸毛和蝴蝶的羽翼外表呈現出艷麗的顏色。Eli Yablonovitch等將此類構造命名為 光子晶體 。很快，這一構造在光纖范疇得到了移植運用。1992年，Phillip Russell等人提出 光子晶體光纖 (微構造光纖中的一類)。光子晶體光纖是由一簇細微的石英毛細管依照六邊形周期性擺放，從橫截面上看去，就像是蜂窩構造。因為優秀的傳輸特性，光子晶體光纖敏捷在全球遭到重視。

傳統光纖的構造(如圖2，(a))通常是由兩種玻璃資料制成的，包括具有較高折射率的纖芯和較低折射率的包層，光經過全反射的方法在高折射率資料的纖芯中傳達。光子晶體光纖可由單一原料制備(如：石英玻璃)，分為實芯和空芯兩種構造。實芯光子晶體光纖的構造，通常是由二維的毛細管依照六邊形構成的陣列，最基地的毛細管被換成石英玻璃棒，構成了光子晶體的缺點(圖2(b))，光則在這個實芯缺點中傳達。這種光纖的作業原理和傳統光纖挨近，經過纖芯和包層不一樣的折射率傳達。這是因為包層中含有空氣孔，使得包層的有用折射率小于纖芯折射率，光在纖芯內構成全反射。空芯光子晶體光纖(圖2(c))也是只要二氧化硅一種原料，可是它與傳統光纖和實芯光子晶體光纖傳導機理徹底不一樣，空芯光子晶體光纖是選用光子帶隙原理，運用光子帶隙效應完結光在空氣中傳輸。光在這種光子晶體光纖中是經過中心的氣孔傳達，所以沒有慣例光纖的傳輸窗口、損耗、色散等約束。

2、光子晶體光纖革命性優勢

光子晶體光纖除了在外形上和傳統光纖存在區別以外，在規劃的自由度上也具有革命性優勢。除了具有傳統光纖的特性，光子晶體光纖還能夠靈敏的調整纖芯或包層中空氣孔的巨細、間隔和幾許形狀，這些改動使光纖有了更多的功用，也因而在多個方面逾越了傳統光纖。以下是幾個簡略的比如：

(1)單一制作資料

首先，單一資料不易遭到溫度改動的影響。假如光纖存在多種玻璃資料，而每種玻璃的熱膨脹系數不一樣，那么光纖在非恒溫運用條件下的傳輸功用會隨之改動，可能會造成信號紊亂，而單一資料光纖成品不存在相異的熱膨脹系數，極好的規避了溫差的約束，信號更為安穩。其次，單一資料抗輻照功用優越。假如在大氣層以外的環境中運用傳統光纖，失掉大氣層維護的纖芯鍺會遭到宇宙射線的攪擾而發生化學改動，光纖的功用就不再安穩。而光子晶體光纖只要單一的石英玻璃，不會遭到種狀況的攪擾。并且，實芯光子晶體光纖是由純石英這一種資料制備而成，外部包層的多孔構造使得包層的有用折射率低于纖芯，這么以來，確保了光繼續在纖芯中的傳輸。也能夠規劃毛細孔的間隔來操控光的形式。

(2)空芯傳輸

在空芯光子晶體光纖中，光在空芯中傳輸，避免了纖芯資料的自身的吸收和散射疑問，因而不存在傳統玻璃光纖中的傳輸窗口，全部波段都能夠傳輸光，且理論上可完結極低損耗。盡管因為空芯光纖的拉制缺點，如今的空心光子晶體光纖的損耗大于傳統光纖，跟著空心光子晶體光纖的出產工藝的逐步優化，這一疑問將很快得到解決。一起，空芯光子晶體光纖的色散與包層構造密切相關，改動空芯光子晶體光纖的構造能夠使零色散波長極大的向短波長方向移動，并能夠完結各種特別的色散請求(如色散平整，色散抵償等)。另外，光在空氣中傳輸，其非線性系數十分小，比傳統單模光纖低1000多倍，有利于抑制有害的非線性影響。

(3)便利制作

光子晶體光纖不需求運用化學堆積等大型設備即可完結預制棒的制作。慣例光纖預制棒制備辦法是管內化學堆積法，制備一根預制棒往往需求幾小時到幾十小時，并且存在有害氣體。光子晶體光纖預制棒是毛細管排管法完結的，數十根或上百根毛細管依照蜂窩狀擺放成型。不需求化學堆積，節約出產時間并且對環境無污染。跟著商場的逐步開辟，出產成本亦會大幅度下降。

3、光子晶體光纖的運用及商場

(1)惡劣環境運用的高功用保偏光纖

實踐運用中常常需求堅持光的偏振特性，這正是保偏振態光纖的用武之地。尤其是在光纖陀螺范疇，每年至少有1.5萬公里的運用量。傳統領結型及和熊貓型保偏光纖是根據應力雙折射，雙折射值通常在10-4量級。光子晶體光纖型保偏光纖，雙折射可做到10-3以上，比傳統保偏光纖高一個數量級，偏振堅持才能更強。根據應力雙折射的傳統保偏光纖，應力區的引進是取得高雙折射的根底。但當溫度增加時，應力區的應力逐步開釋，雙折射值逐步減小甚至消失，致使傳統保偏光纖在改動溫度環境中安穩性較差。保偏光子晶體光纖歸于幾許雙折射，纖芯與包層選用單一原料，共同的熱膨脹系數;并且，空氣包層的網格構造，能有用緩沖溫度大范圍動搖致使的附加應力，因而保偏光子晶體光纖具有杰出的溫度安穩性，雙折射不隨溫度增加而減小。另外，傳統保偏光纖芯中摻鍺，在太空等光纖陀螺運用范疇的輻射照耀環境下會增加損耗。光子晶體保偏光纖選用高純石英玻璃制備，高純的石英使光子晶體光纖有杰出抗輻照功用。可見，光子晶體保偏光纖對于在惡劣運用環境下(如：太空輻照環境中)的高精度光纖陀螺，具有不行代替的效果。

(2)高功率光纖激光器和新型光纖傳感

光子晶體光纖選用毛細管堆疊拉制，激光器增益光纖和刻制光纖光柵所需求的在纖芯中的摻雜變得十分簡單，只需在擺放時選用含有稀土元素摻雜的毛細棒更換基地毛細管即可;光子晶體光纖能夠規劃成高數值孔徑(NA)包層，有利于泵浦光的耦合;一起能夠規劃成大模場、低非線性，可支撐高功率、高光束質量的激光輸出。

光纖激光器的商場無窮，一起高功率激光器在軍事、國防范疇也有主要運用。IPG一家公司在2012年的一個季度就有逾越1億美元的銷售額。中國商場對光纖激光器的需求量也是無窮的。很多傳統制作業出產商拋棄老的加工出產方法，選用激光器做完結機械加工，這么不僅可削減碳排放，且商品質量也會得到大幅前進。可是，國內仍然沒有一家公司能夠長時間安穩的供給摻雜光纖，這既是無窮的挑戰也是難得的機遇。

跟著物聯網的開展，傳感職業的商場份額正在日益變大。作為光纖傳感職業最早步入有用的主要傳感器，光纖光柵正起著越來越主要的效果。光子晶體光纖纖芯摻鍺可前進光敏性，從而能夠制成光纖光柵。1999年，Ben Eggleton等科學家在纖芯摻鍺的光子晶體光纖中，選用紫外光掩模寫入法取得了布拉格光子晶體光纖光柵和長周期光子晶體光纖光柵。與普通光纖光柵比較，光子晶體光纖光柵具有對外界折射率指數不敏感、高耦合系數和低包層模損耗等等長處。光子晶體光纖光柵的呈現，正在有力地推動著光纖光柵傳感技能的前進和運用范疇的拓寬。

(3)下一代通訊技能 - 空分復用，多芯光纖

受高容量光網絡需求的推動，空分復用和多芯光纖等多種光纖構造和功用立異在不斷涌現。空分復用，是一條光纜中的多組光纖經過空間進行復用的方法;多芯光纖則是一根光纖具有多個慣例纖芯，且纖芯相互之間攪擾很小。空分復用和多芯光纖，均可在很大程度上前進傳輸體系的容量，有望變成下一代傳輸光纖。根據光子晶體光纖制作技能，制作多芯光纖是極其便利的，只需將相應方位的毛細管更換為毛細棒即可(如圖2(d))。一起，能夠規劃每個纖芯周圍的包層，減小纖芯之間的最小串擾間隔，使相同直徑的光纖中容納更多的纖芯，前進傳輸體系的容量。

光子晶體光纖經過改動包層中空氣孔的間隔及巨細，能夠很便利的改動光纖的波導功用，因而能夠規劃具有特別性質的光子晶體光纖，如：大模場面積光子晶體光纖，高數值孔徑光子晶體光纖，高雙折射光子晶體光纖，高非線性光子晶體光纖，色散平整光子晶體光纖，色散抵償光子晶體光纖等。能夠說光子晶體光纖在很多運用范疇會逾越傳統光纖，將會在通訊，激光器和傳感范疇具有無窮的運用潛力。僅全球的通訊光纖在2013年的運用量逾越2.5億芯公里。因而，光子晶體光纖很快會在這個龐大的運用范疇分到一杯羹。

4、中國研發出產的光子晶體光纖已達世界先進水平

中國如今出產的光子晶體光纖現已達到了世界較先進的水平。中國首家特種光纖產業公司武漢長盈通光電技能有限公司，已研發出多種尺寸的保偏光子晶體光纖，出產的光子晶體光纖現已達到了世界較先進的水平，也正在穩步開發光敏性和空芯光子晶體光纖等商品。公司出產的保偏光子晶體光纖在1550nm波段損耗低于1.5dB/km以下。光纖包層及纖芯選用相同原料，實測數據顯現，其溫度敏感性上優于傳統保偏光纖，全溫消光比改動為2dB擺布，比較傳統保偏光纖具有很大的優勢。長盈通光電的技能總監廉正剛博士說: 光子晶體光纖在航天，激光器，傳感等范疇中均體現出不行代替的優勢，將來的商場會是無窮的。 。 如今，該公司正在對光子晶體光纖的熔接進行試驗，有望推動光子晶體光纖的有用化進程。

5、結語

光纖的開展已逾越了半個世紀。對于不一樣的運用，光纖的資料和構造規劃都在發生著演變。光子晶體光纖的呈現，使光纖出產商和運用商耳目一新，它靈敏的構造規劃自由度一起也招引了各大科研院所的濃厚興趣。盡管存在有無窮的潛在商場，可是如今中國具有光子晶體光纖研發和出產才能的公司寥寥無幾。武漢長盈通光電公司方案進一步豐富光子晶體光纖商品線，打破國外獨占，開發全系列光子晶體光纖商品，為光傳遞信號和傳輸能量供給最佳的特種光纖及全體解決方案。

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