光子晶体光纤发展动向

tonics在OFC’2004上宣布，已经开发成功路径损耗非常小的能带隙光子晶体光纤，其传输损耗仅有1.72dB/km，比过去康宁发布的光纤损耗13dB/km改进不校该公司表示，"目标是将传输损耗降至0.05dB/km左右，与普通光纤展宽竞争"。

(2) 色散补偿用双芯光子晶体光纤（DCPCF）

单模光纤中的色散限制了光纤通信系统的数据传输速率，为此必须进行色散补偿。目前，色散值在100~300ps/(nm×km)的色散补偿光纤（DCF）已经商用。1996年，Thyagarajan等曾提出了一种新颖的DCF设计方案，它包含两个高度不对称的同心纤芯，在极高非线性折射率差（D＝2％）的情况下的色散值可达5100ps/(nm×km)。基于该思想，人们制造出双芯光纤，它在1.55mm附近的色散值可达1800ps/(nm×km)。然而，高D值通常需要高掺锗，这实现起来不但很困难，而且会增加光纤损耗。最近，利用纯石英和空气孔构成的光子晶体光纤，可以提供一种新的色散补偿方案：由于石英和空气之间的高D值，在PCF中可以得到较大的负色散，而且可以通过包层中空气孔的构造和尺寸来改变色散值；与此同时，有望实现较低的损耗。
PCF作为色散补偿光纤的潜在应用已有文献报道，这种PCF的色散值D～2000ps/(nm×km)，有效纤芯面积只有1mm2，而大的D值总是和小的有效纤芯面积相联系的，这会在传输过程中造成不希望的非线性效应。在OFC’2004上，F. Gerome等从理论上研究了高负色散值双芯光子晶体光纤(DCPCF)的设计。最近，Yi Ni等结合了PCF和双芯DCF的优点，提出了一种新颖的DCPCF设计方案，该光纤长12m，在1.55mm窗口的色散值高达18000ps/(nm×km)，有效纤芯面积12mm2，均比现有色散补偿PCF相应参数高了一个数量级，这是迄今为止在仅由纯石英和空气孔构成的光纤中得到的最大的色散值。另外，该光纤的色散斜率也是负值，1500nm波长处的相对色散斜率（RDS）为0.47/nm。由于该DCPCF由纯石英和空气孔构成，传输损耗相当低，制造工艺也得到简化。

(3) 极高非线性PCF

与常规石英光纤相比，PCF具有更高的非线性系数。本次会议上，H. Ebendorff-Heidepriem 等报道了一种氧化铋玻璃光子晶体光纤，其在1550nm波长处的非线性系数高达460W-1×km-1，是氧化铋玻璃光纤的7倍，是常规光纤的500倍，尤其是当芯径为0.8mm时，非线性系数达2000 W-1×km-1，是迄今报道的最高的采用常规实心包层的硫化物玻璃光纤非线性系数的2倍。

5.3 其他方面

(1) 制造技术

光子晶体光纤的制造工艺也是人们研究的热点之一，本次会议上，K. Takashi等提出一种新的制造光子禁带光子晶体光纤的技术，即用溅射法将含Si和SiO2的多层薄膜沉积到石英光纤上，如图3所示。用该方法制造的光纤具有明显的能带隙，而且可以通过改变包层的厚度和折射率较为容易地控制光纤的传输特性。

(2) 机械特性

NTT公司首次从理论和实验两方面研究了PCF的抗张强度，认为由于PCF中的空气孔能阻止缺陷的生成，它可以比常规石英光纤具有更高的抗张强度。测试表明90孔PCF和6孔PCF的抗张强度分别比常规石英光纤的高7%和20%，特别是6孔PCF的抗张强度可达7kgf, 这是商用SMF不可能达到的。

(3) 耦合问题

限制光子晶体光纤器件发展的一个重要因素是，利用传统技术很难甚至在很多情况下不可能将它们与普通光纤熔接起来，因此在已进行的大多数光子晶体光纤实验中，都是采用体光学器件（如普通透镜）实现光路耦合。熔接耦合与采用透镜耦合相比，前者具有更低的回波损耗，而且准直过程可以自动完成；而后者的光学表面暴露在外，容易受到污染或破坏。在早期进行的PCF与普通单模光纤的熔接实验中，损耗相当大（1550nm处约1.5dB），尽管理论研究表明熔接损耗可以降至0.2dB。本次OFC会议上， A. D. Yablon等利用渐变折射率光纤透镜制成了一种新型的用于连接PCF的高强度 (>100 kpsi)熔融接头，可以得到很高的耦合效率（损耗小于0.6dB），这种接头不仅可以用于PCF间的结合（包括空心PCF和实心PCF间的结合），而且还可以用于PCF与常规光纤间的结合。

6.结束语

PCF以其独特的结构和奇异性能，为光纤通信提供了一种新型的光传输介质和光器件。今天，PCF的研究正在又学术探讨转入实验室试验阶段。实验室中的传输实验表明，PCF极有可能应用于光纤通信中。我们相信，随着PCF的导光理论、制造工艺、性能测量和施工技术的不断完善，PCF就可能会成为光纤通信系统中的下一代光信号传输介质和光器件。