光子晶体光纤简介
简介
光子晶体光纤简称PCF（Photonic Crystal Fiber），zui早于20世纪90年代中后期开发出来，并迅速进入商用。PCF可分为两大类：基于全内反射的折射率引导型光纤和基于光子带隙效应的光子带隙光纤。前者在结构上，光纤纤芯是固体结构，而光子带隙光纤的纤芯是低折射率材料，比如中空结构。与普通的光纤相比，PCF具有更多特性：
在一个很宽的光谱范围内具有单模传输特性
可以获得极小的模场直径（可低于1 um）
可以获得极大的模场直径（高达25 um或者更大）
可以实现1300 nm以下零色散
可以实现超常的高双折射（接近10-2）
可以获得高达0.9的数值孔径
光子晶体光纤的分类及特性
所以PCF非常适用于需要高非线性，宽光谱单模传输，大模场直径等应用。
光子晶体光纤的制备
折射率引导型PCF是利用多个中空的正六棱柱排列（比如带有圆孔的正六棱柱硅棒），在光纤拉丝塔上拉制而成，中心用一根同样材料的实芯细丝替代。带隙型PCF，具有多个中空孔，中心位置是空的，以此作为“缺陷”。在光纤拉丝塔中，加热到2000℃，控制压力及重力等多种因素，zui终制成光子晶体光纤。典型的PCF外径125 um，实际在制作的时候直径从80 um到700 um不等。这些光纤保留在拉制前的几何结构（比如蜂巢结构），但是现在是在微观尺度上。
PCF拉制时照片
大模场直径光纤（Newport F-SM系列）
通常光纤拉制成功后，还需要在外部包裹一层聚合物保护涂层，用以提高其强度，使其更易于使用。
1550 nm处F-SM系列光纤近场图像
光子晶体光纤的应用
飞秒或者皮秒高单脉冲能量通过非线性晶体，产生超连续光谱（supercontinuum generation-SCG），zui早报道于1970年。之后科学家研究了多种材料。超连续光谱的产生并不是因为某一特定的效应，而是多种非线性效应的综合作用，包括材料的非线性色散效应，自相位调制（self-phase modulation），拉曼散射，相位匹配以及光孤子等。
利用超快脉冲泵浦光子晶体光纤可以产生超连续光谱。很多实验使用飞秒激光泵浦，可以产生显著的宽光谱。皮秒激光产生的光谱范围相较于飞秒激光相比，光谱范围较窄，但是泵浦源价格便宜很多，所以获得更多商业关注。
尽管只要有足够的泵浦能量，水中也能观察到SCG，但是光子晶体光纤是SCG的理想介质。PCF的色散可以人工控制，可以与SCG所需的范围匹配，从而可以将入射光转化成可调的波长范围，而所需泵浦能量更低。
Newport SCG-800是为SCG设计的光子晶体光纤，上图为使用光谱物理的Mai Tai飞秒激光泵浦SCG-800产生的光谱，脉宽100 fs，重频80 MHz。所产生的光谱范围依赖于泵浦功率及波长。
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项目成果
