利用二维 PBG 效应的 PCF 与全内反射机制导光的 PCF 的区别在于 光波被限制在空气中传播，因此在传统光纤石英介质中与材料相关的影 响因素大大地减小了，因而具有低损耗、低色散、低非线性效应。
5. 对光路的弯曲程度要求较小
PBG 导光的 PCF 允许出现大于直角的光路弯曲， 甚至可以在弯曲曲率半径 小于波长的条件下传播， 因而可以在光耦合系统中极大地提高耦合效率 和弯曲状态下的传光效率。
传感探头的结构：
实验所用的PFC为改进的全内反射光子晶体光纤，在实芯的外面有四层周 期排列的六角形空气孔。选取PFC上的一段，将它的内部的空气孔压扁，然后 在PFC端面上熔接20nm长的无芯光纤（CSF），CSF的另一端用铂金做成 200nm厚度的反射镜。
实验原理：
宽带光源发出的光通过3db耦合器进入待测光纤，在空气孔被压扁的位置 一部分模式沿着纤芯向前传播，然后通过反射镜的反射又返回到该位置，另 一部分模式耦合进入包层然后再通过反射镜的反射也返回到该位置，因为纤 芯模和包层模的传播常数不同，在此发生干涉。 由于包层模和外界溶液折射率有关，所以我们通过光谱仪对干涉形成的 信号进行分析可得到被测溶液的折射率大小。
温度测量：将传感探头放入待 测溶液，通过改变溶液的温度
260 C~1000 C 我们发现，温度变 化非常小，充分降低了温度对 折射率测量的影响。
实验的两个关键条件：
（1）被压扁的PFC的长度
它直接决定了光在这个位置进入包层模的耦合率。过长容易形成多个包层模式。 本实验要求形成一个包成膜，我们可以通过控制电弧释放的功率和持续时间来控制以 达到这个目的。
（2）PFC的切割角
它直接决定了包层中高阶模的多少。多高阶模就会产生很复杂的干涉效果。
实际测量( 实际测量(一)
光子带隙 (PBG) 型光子晶体光纤
它的导光原理基于光子带隙( PBG)效应,这与传统的光纤有着本质的 不同,因此又称为PBG光纤。这种光纤包层中的气孔必须按周期排列,从而 形成二维光子晶体结构,在包层中形成了二维光子带隙。但是,由于的纤芯 折射率比包层中空间填充模的有效折射率低,这样就在二维带隙中产生一 个缺陷,形成不完全的光子带隙结构,PBG光纤就是用这种不完全的光子带 隙结构来导光的。 与全内反射光纤相比, 光子带隙导向给予了额外的自由度。这种带隙 出现的条件有两个: 一是空气孔的孔径与孔间距的比值不小于0. 4; 二是 精确控制气孔的排列。因此, 制作这种光子晶体在工艺上有较大难度。目 前所报道的传统的、低耗的光子晶体光纤都以全内反射作为导光机制。
6.较为广泛的传感应用
如果在空芯中充入特定的气体或一定折射率的液体，它们与传导模式中 的光可能有非常强的相互作用，这在气体传感及检测、利用非线性过程 产生多种光波长以及进行材料的非线性光学性质研究方面有极为广泛的 用途。
光子晶体光纤在折射率测量上的应用
折射率是光学材料的基本参数之一, 对于要求高的光学系 统其光学材料的折射率必须精测。然而在折射率的传感测量中 灵敏度以及温度交叉敏感是其中存在的两个主要问题。 利用传统光纤对折射率进行的测量方法主要是采用普通光 纤或者是长周期光纤光栅将折射率和温度作为两个参数同时进 行测量。（缺点：对光纤光敏性要求很高、传感器构造复杂 ） 本文以提高折射率传感的灵敏度和解决折射率传感中的温 度交叉敏感问题为目标,通过采用光子晶体光纤作为传感探头对 液体的折射率进行测量，不仅得到了极低的温度敏感度，而且 获得了很高的灵敏度。
光子晶体光纤的优越性：
1. 无限单模的特性
传统的单模光纤只在一定的频率范围内支持单模传输，当频率较 高时将会出现多模传输,而只要调节空气孔直径和空气孔距之比,PCF 就可以设计为在整个频率范围（包括小于 1 µm 的短波）支持单模传 输，这就是所谓的“无休止单模传输” 特性。
2.特殊的色散特性
改变空气填充率，可以得到各种频率下的色散关系.当空气孔直径 增加时，波导色散值朝着负色散方向增加，在 λ=1.55µm 时，可得到 的巨大的反常色散，它可以很好地补偿在传统光纤中由于材料色散引 起的正色散，因此这种光子晶体光纤具有很好的色散补偿能力。另外， 其可在比普通单模光纤更短的波长上实现正的色散，在光通信领域
具有广泛的应用前景。Fra bibliotek3.微结构的可设计性
由于 PCF 的空气孔的排列和大小有很大的控制余地，可以根据需 要设计PCF 的光传输特性，所以它激起了人们浓厚的兴趣。
另外，PCF 中传输的光模式耦合入空气孔的强度与 PCF 的结构以及 空气孔中的介质有关，因此可以用作微量气体传感。
4.低损耗、 低色散、 低非线性效应
由于PFC具有无休止的单模 特性，所以在整个波长范围内 都能测到干涉信号，所以它对 光源的选取有很大的自由度。 我们在室温下通过对不同 折射率溶液的测量可以在光谱 仪上看到干涉信号随着溶液折 射率的增大而向长波方向漂移。
灵敏度为:17nm / 0.02 = 850nm/RUI
实际测量( 实际测量(二)
归一化截止频率
V = 2Π
λ
2 a n12 − n 2
如图所示是真正的PCF,正中间有纤芯,外面的空气微洞呈六角形等周期性 紧密排列。空气包层区域的折射率大小由空气与玻璃的比率决定,因此可以利 用这一点制成不同的折射率剖面。这种光纤是因为周围的空气硅包层形成低有 效折射率与中心的纤芯组成波导,形成改进的全内反射传输. 因为芯包层间的有效折射率差是波长的函数,在长波长时,模场延伸至空气 中并降低了有效折射率。这样归一化截止频率 V 可以在宽带范围内保持不变, 从而可保证在宽带范围内的单模传输和不同的色散特性。这与通常光纤中的短 波长导致多模的行为相背。
光子晶体光纤
姓名：赵鹏 导师：李国玉
光子晶体光纤
概念：空气洞呈周期性排列的并利用光子带隙效应(PBG)或改进的全内 概念：空气洞呈周期性排列的并利用光子带隙效应(PBG)或改进的全内 反射效应传光的光纤称之为光子晶体光纤(PCF)。 反射效应传光的光纤称之为光子晶体光纤(PCF)。
改进的全内反射光子晶体光纤