光纤工作原理 空心光纤工作原理

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光纤是空心还是实心的

实心的……由于光纤很细，光在里面的路线和光纤几乎平行，和光纤壁的夹角很小，而光纤是玻璃，折射率比光纤外面大，由于全反射，可以把光完全约束在光纤里，连镜面都不用

空心光纤的应用

光学物理学家探索的光子晶体材料应用中，光纤无疑是最具有前景的一项应用。光子晶体光纤(PCF)是一种新型光波导，具有与普通光纤截然不同的特性。这种新型光纤可以分为两个基本类型 —— 折射率波导和带隙波导。由于横向折射率分布有很大的自由度，所以折射率波导型光子晶体光纤可以设计成具有高度反常色散、非线性以及双折射等特性的光纤。但是，在这些类型光纤中，大部分光线仍然在玻璃中传播。带隙波导型与空心光纤公认是光子晶体光纤技术中最具革命性创新，在这类光子晶体光纤中，通过在光纤包层中产生光子带隙可以将光限制在中央的空心核中传播。Ta1星座分析

采用空心，而不是传统掺杂高纯度硅纤芯，其优点是光纤性能不受纤芯的材料特性限制。传统光纤的损伤阈值、衰减、非线性效应和群速度色散等参数都要受到硅材料相应参数的影响。通过合理设计，空心光纤可以实现超过99%的光在空气中而不是在玻璃中传播，从而大大降低了光纤材料特性对光学性质和光纤性能的影响。因此在很多重要领域，空心光子晶体光纤(HC-PCF)比传统光纤更有优势。Ta1星座分析

空心光纤的光传输

尽管在长距离通信领域空心光子晶体光纤还无法挑战传统光纤，但是在其他几个方面的重要应用中，空心光子晶体光纤要优于传统的光纤，其中最值得注目的可能就是激光束传输。与传统光纤相比，空心光子晶体光纤的一个重要优点就是具有较高的损伤阈值。因为实际上只有极少数光在玻璃中传输，所以空心光子晶体光纤的能量传输能力要远远优越于传统的光纤。Ta1星座分析

图2应用于通信波段的低损耗空心光子晶体光纤的横截面的电子显微图。这种光纤在1550 nm波长处具有最小损耗1.7dB/km。Ta1星座分析

它们之间的另一个差异就是空心光子晶体光纤具有较低的光学非线性特性，这也是光与玻璃之间很少发生交叠的结果。关键是，纤芯中气体的非线性折射率要比固体硅的小大约1000倍，该气体使得空心光子晶体光纤的非线性特性比传统光纤的要小三个数量级。因此，不管是连续波还是短脉冲序列，都可以以非常高的功率在空心光子晶体光纤中传输，而且不会产生光谱的失真。实际上，空心光子晶体光纤可以设计成由芯内气体或者玻璃的非线性来决定整个光纤的非线性特性。另外，除了空气，还可以充入其它气体，从而能够从整体上完全控制光纤的非线性特性。Ta1星座分析

图3 增大空心光子晶体光纤，(图2所示)的芯可以降低损耗，但同时也带来更多的表面膜交叉，从而引起损耗光谱上出现许多尖峰。小的芯具有较宽带宽、平滑的光谱，但是损耗会增大。Ta1星座分析

值得注意的是，当脉冲宽度小于 1ps 时，新的制约因素开始显得重要了。脉冲的本征带宽开始和空心光子晶体光纤的低损耗窗口的宽度相比拟。另外，空心光子晶体光纤中的群速度色散意味着小于 1ps 的脉冲在光纤中只传播几米的距离就会发生明显的色散。然而，重要的是，空心光子晶体光纤的低非线性特性使得这样的色散不会伴随着明显的频谱失真，即使是脉冲宽度为100fs 、峰值功率达到典型锁模激光振荡器水平的脉冲也如此。Ta1星座分析

对于传统光纤，在非线性效应与色散的共同作用下，那么短的脉冲只传播几毫米就会很快被分裂开。空心光子晶体光纤的低非线性特性就意味着，只要能够适当的补偿光纤中的线性色散，比如在耦合进入光纤前用一块玻璃对脉冲进行预啁啾，那么脉冲在空心光子晶体光纤中就完全能够传播到好几米远。另一个可能性就是利用空心光子晶体光纤的低非线性特性来平衡线性色散，那样脉冲将可以在空心光子晶体光纤以孤子的形式传播。以前，在比较低的功率水平、在1500nm波段，利用传统光纤观测过光纤孤子。但是，空心光子晶体光纤可以在很宽的波长范围内传播峰值功率高达几个兆瓦的高强度脉冲。Ta1星座分析

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