光子晶体光纤研究现状

光子晶体光纤

摘要：光子晶体光纤由于其特殊的周期性结构，区别于传统的光纤，而具有无截止单模传输、可调节色散、高双折射、偏振控制、大的有效面积单模运转和小的有效面积高非线性等特性及其广泛的应用前景，成为当前国内外研究的热门课题。本文主要介绍光子晶体光纤的基础知识，并介绍利用有限元软件COMSOL Multiphysics模拟仿真光子晶体光纤中传输时各种模式的场分布以及有效折射率。为以后的进一步研究打下基础。 关键词：光子晶体光纤 COMSOL Multiphysics

一 光子晶体与光子晶体光纤 1.1 光子晶体

光子晶体是一种折射率变化周期为光波长量级的具有光子禁带的人工材料。最早的光子带隙思想由E.Yablonovitch和S.John提出。当电磁波在光子晶体中传播时，具有透射、反射和折射，电磁波受到电子周期性布拉格散射的调制，形成类似于电子的能带结构，我们称之为光子能带。在晶格常数与介电常数的比值取值适当的情况下，光子能带与电子能带相似。光子能带间可能存在禁止某些频率电磁波的频率区域，我们将这些频率区域命名为光子带隙，这是光子晶体最根本的特征。因此人们又将光子晶体称为光子带隙材料。

光子晶体的结构可以这样理解，正如半导体材料在晶格结点（

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

光子晶体光纤

高　新　技　术

２００８　　ＮＯ．０９

科技创新导报

光子晶体光纤在光纤传感中的应用

陈罗湘１，２

（１．湘潭职业技术学院信息工程系　湖南湘潭　４１１１０２　　２．湖南大学计算机与通信学院　　长沙　４１００８２）

摘　要：近年来，随着人们对光纤传感和光子晶体光纤研究的不断深入，光子晶体光纤在光纤传感中的应用正成为一个新的研究热点。本文介绍了光纤传感和光子晶体光纤的相关内容，重点结合光子晶体光纤的特点介绍了光子晶体光纤在偏振型光纤传感和布拉格光栅传感中的应用。

关键词：光子晶体光纤；光纤传感；　高双折射；布拉格光栅

中图分类号：Ｔ　　　　　　　　　　　　　　　文献标识码：Ａ　　　　　　　　　　文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２００８）０３（ｃ）－００１３－０２

１　引言

光纤传感测量方法是一种利用光纤作为光信号的传输和传感媒质，根据被测物理量的变化对光信号的某一性质进行调制，并检测出来被测物理量变化的测量方法。自从光纤传感器问世以来，由于其相对于普通机械类和电子类传感器相比具有抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、体积小、传输损耗小、传输容量大、测量范围广等优点。因而广泛地应用于医疗、交通、电力、机械、石油化工、民用建筑以及航空航天等各个领域的应力应变及温度测量等

学术论文

半导体光电!2010年4月第31卷第2期陈明阳等: 高双折射光子晶体光纤研究进展

动态综述

高双折射光子晶体光纤研究进展

陈明阳,张永康

(江苏大学机械学院,江苏镇江212013)

摘 要: 首先对高双折射光纤的基本原理和概念作了介绍,并简要讨论了用于分析高双折射光子晶体光纤的常用数值方法及其特点。在此基础上,提出可将高双折射光子晶体光纤归纳为四种基本类型,并对每一种类型的原理、特点和典型结构作了介绍和分析。还简要介绍了高双折射光子晶体光纤的典型应用,最后对高双折射光子晶体光纤的发展方向和前景进行了展望。

关键词: 光子晶体光纤;高双折射;有限差分法;有限元法;多极法

中图分类号:TN253 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2010)02-0165-05

ResearchProgressesofHighlyBirefringentPhotonicCrystalFibers

CHENMingyang

(SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,CHN)

Abstract: Firstly,thebasicconceptsandprinciples

光子晶体光纤基本特性及其应用研究[S]

英文题名 The Basic Characteristic and the Applications Study of Photonic Crystal Fibers 专业 凝聚态物理 关键词 光子晶体光纤; 多极法; 色散; 有效模场面积; 非线性特性; 双折射; 英文关键词 Photonic crystal fibers; Multipole method; Chromatic dispersion; Effective model field area; Nonlinearity; Double refraction; 中文摘要 光子晶体光纤是一种新型的光纤,由于它具有普通光纤所无法比拟的结构设计和光学 特性,在近几年成为光纤研究领域的热点。本文介绍了光子晶体光纤的研究背景及发展现状,分 析了它的结构特性,并列举了一些不同结构的光子晶体光纤,简单介绍了它的两种导光原理和制 备方法,以及在各个方面的应用。设计了两种结构的光子晶体光纤,并对它们的基本特性进行了 数值研究。论文所做的主要工作如下: 首先,对几种数值模拟光子晶体光纤特性的理论方法进 行了介绍和对比,系统介绍了多极法的原理、方程

光子晶体的制备及应用

王文瀚 12S011029

1 引言

光子晶体(Photonic Crystals, PCs)是一种人工周期介质结构，由不同折射率材料周期性地交替排列而成，这种周期介质结构最早由Bykov于1972年提出。1987年，Yablonovitch和John分别在研究抑制原子的自发辐射和光子的局域化问题中也各自独立地提出了这种结构，并在后来的研究中将其命名为光子晶体。

实际上，在自然界中就存在着光子晶体结构，如蛋白石、孔雀羽毛、蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物、以及澳洲海老鼠的毛发。蝴蝶翅膀上的鳞状覆盖物是一种周期性结构。这种周期性结构可以限制光在其中的传输，让某些波长的光通过，而让另一些波长的光完全被反射。正因为如此，才形成了蝴蝶翅膀表面绚烂的花纹和色彩。这种周期性结构与Yablonovitch和John提出的光子晶体概念是相吻合的。

当然，自然界中这样的例子只是少数，目前更多的光子晶体是由人工加工制作而成。1990 年，Ho和Chan等人第一次从理论上论证了三维金刚石结构具有完全光子禁带。1991 年，Yablonovitch团队通过从一定角度对半导体介质进行钻孔，首次成功制作了具有完全禁带的三维金刚石结构光子晶体，禁带频率范围为13

光子晶体微腔的相关研究和应用

摘要：光子晶体是指具有光子带隙的特性的人造周期性电解质结构，因在光传输、囚禁、存储等方面的巨大应用潜力，一直以来备受研究者们的关注，光子晶体微腔就是其中的一种。光子晶体微腔能够很好地将光场束缚在光子晶体缺陷中，并且由于其具有较高的品质因子和较小的模式体积，在光子芯片集成、局域场增强、光子晶体激光器，以及研究光与其他物质相互作用方面具有非常广泛的应用。本文将简单介绍一下光子晶体微腔的相关的研究以及它的一些应用。 关键词：光子晶体微腔 基础研究 应用

一、 简介

光子晶体自1987年由Yabonovich 和John提出以来[1-2], 因其奇特的操纵光的能力而被广泛应用在物理学和通讯工程中的很多领域，如光子芯片、高品质光学谐振腔、低阈值小型化激光器、超小型滤波器等。其中，基于光子晶体微腔的研究更是引起了人们广泛的关注[3-6]. 与传统的光学谐振腔相比，光子晶体微腔具有更高的品质因子（Q）和模式体积（V）。这对于应用到高密度的光学集成以及超高精度的光学信息测量等领域具有显著的优势。

我们都知道，对于一个光学谐振腔而言，腔内的光子密度取决于谐振腔的品质因子和模式体积的比值，即Q/V。基于光子晶体微

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４，Ｎｏ．１０

光子晶体

０ｃｔ２００７

光予晶体波导慢光技术

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｌｏｗＬｉｇｈｔｉｎＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

掌蕴东翁文喻波袁萍

ｆ哈尔滨Ｉ：业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨ＺＨＡＮＧＹｕｎｄｏｎｇ，ＷＥＮＧＷｅｎ，ＹＵＢｏ，ＹＵＡＮＰｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙ

Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

ｏｆＴｕｎａｂｌｅＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｍｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｈａｒｂｉｎ１５００ｓ０）

摘要介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理，指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题，对

三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍。

关键词光子晶体；慢光；波导；光延迟线

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｏｆ

ｓｌｏｗａｎｄ

ｌｉｇｈｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｓｌｏｗ

ｉｎ

ｐｈｏｔｏｎｉｃｌｉｇｈｔ

ｃｒｙｓｔａｌ

ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ａｒｅ

ｉｓ

ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｍａｉｎ

ｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

ａｒｅ

ｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔ．Ｔｈｒｅｅ

ｃｏ

介绍慢光的进展

Ｖ０１．４４，Ｎｏ．１０

光子晶体

０ｃｔ２００７

光予晶体波导慢光技术

ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆＳｌｏｗＬｉｇｈｔｉｎＰｈｏｔｏｎｉｃＣｒｙｓｔａｌ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

掌蕴东翁文喻波袁萍

ｆ哈尔滨Ｉ：业大学光电子技术研究所可调谐激光技术国家级重点实验室，哈尔滨ＺＨＡＮＧＹｕｎｄｏｎｇ，ＷＥＮＧＷｅｎ，ＹＵＢｏ，ＹＵＡＮＰｉｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙ

Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ

ｏｆＴｕｎａｂｌｅＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｍｉｃｓ，Ｈａｒｂｉｎ

Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ

ｏｆ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

Ｈａｒｂｉｎ１５００ｓ０）

摘要介绍了光子晶体波导中慢光产生的基本原理，指出目前慢光传输的主要测量手段及热点研究问题，对

三种常见的光子晶体波导优化结构进行了简单介绍。

关键词光子晶体；慢光；波导；光延迟线

Ａｂｓｔｒａｃｔ

Ｔｈｅ

ｍｅｃｈａｎｉｓｍ

ｏｆ

ｓｌｏｗａｎｄ

ｌｉｇｈｔｇｅｎｅｒａｔｅｄｐｒｏｂｌｅｍｓ

ｏｆｓｌｏｗ

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ｉｍｐｒｏｖｅｄ

ｍｅａｓｕｒｉｎｇ

ｍｅｔｈｏｄｓ

ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ

ａｒｅ

ｐｏｉｎｔｅｄ

ｏｕｔ．Ｔｈｒｅｅ

ｃｏ