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光子晶体的研究及其应用光子晶体是指空间微结构周期性排列形成的光子带隙材料，这种材料具有特殊的光学性质。
光子带隙是指在一定频率范围内光子无法通过材料的性质，也即晶体对该频率的光波进行反射或吸收。
这种特殊性质让光子晶体成为一种重要的光学材料，在传感、通信、光学器件等领域具有广泛的应用前景。
一、光子晶体的发现光子晶体的研究起源于19世纪的布拉格散射现象。
20世纪80年代，在半导体技术的基础上，研究人员开始尝试制备光学晶体。
1992年，来自日本冈山大学的研究人员首次报道了用二氧化硅微球制备的三维光子晶体，引起了学术界的广泛关注。
此后，光子晶体研究迅速发展，不断涌现出各种新型材料和制备方法。
二、光子晶体的制备方法目前，光子晶体的制备方法主要包括自组装法、光刻法、原子层沉积法等多种方式。
其中，自组装法是其中最为常用的方法之一。
通过自组装技术，在介孔材料中添加有机分子和水，利用溶剂挥发和多种相互作用力的复合效应，可制备出具有周期性结构的光子晶体。
三、光子晶体的应用光子晶体的应用非常广泛，包括传感、通信、光学器件等多个领域。
1. 传感：光子晶体在传感领域的应用主要体现在生化传感和环境监测。
利用气敏材料、生物分子等将较小的变化转化为对光子晶体的微观结构和大小的影响，从而实现对较小物理量的测量和监测。
例如，利用光子晶体制备的生物芯片可实现对一系列生物分子的灵敏检测，具有在诊断和治疗等方面的广泛应用前景。
2. 通信：在通信领域，光子晶体可以作为光学滤波器来实现光信号的选择和放大，并可用于光纤通信系统、微波光子学等多种场合。
例如，利用光子晶体制备的微腔可实现高质量光学微腔，可在通信系统中用于调制、开关、振荡等多种操作。
3. 光学器件：最新的研究表明，在光学器件中，光子晶体可被应用于光电子集成领域，使光电器件变得更加紧凑和高效。
例如，利用纳米级光子晶体制备的激光器，可实现更高的输出功率和较低的阈值电流。
据估计，这些性能优良的光学器件未来可能取代现有的微电子器件，成为下一代高速处理和信息传输系统的核心。
光子晶体的改性及其在光纤通信中的应用研究近年来，随着信息技术的不断发展，光纤通信已成为人们生活中必不可少的一部分。
而光子晶体的改性作为一种新型的光学材料，在光纤通信中的应用也越来越受到关注。
一、光子晶体简介光子晶体（photonic crystal）是一种周期性的介质结构，具有处理光波的特殊性质。
光子晶体结构和材料特性之间的联系非常紧密，因此改变光子晶体的结构和材料可以有效地调控其光学性能。
二、光子晶体的改性1.光子晶体中空气孔径的改变光子晶体的性质取决于空气孔径的大小和形状。
通过改变空气孔径的大小和形状，可以有效地调节光子晶体的性质。
例如，在光子晶体中引入较小的孔径，可以增加其反射率和透射率。
2.光子晶体中材料的引入在光子晶体中引入其他材料，如金属、半导体等，可以改变其介电常数。
这种改变可以导致光子晶体的发散、聚焦和衍射的特殊性质。
三、光子晶体在光纤通信中的应用1.光子晶体纤维光子晶体纤维是一种新型的光纤通信传输介质。
其结构与传统光纤有所不同，可以有效地调控光波和导光。
由于光子晶体纤维的折射率可控性和传输性能优越性，是未来光纤通信领域的热点研究方向之一。
2.光子晶体光纤传感器光子晶体光纤传感器利用光子晶体纤维的光学性质，可以对环境中的温度、压力、湿度等参数进行高精度实时检测。
这种传感器具有灵敏度高、响应速度快、可实现多参数检测等优点，是环境检测、医疗诊断等领域的重要研究方向。
四、结语光子晶体的改性和在光纤通信中的应用研究已经引起了广泛关注。
未来随着光子晶体材料和制备技术的不断提高，相信光子晶体将在光纤通信、传感器、光学器件等领域产生更广泛的应用和发展。
光子晶体光纤的研究光子晶体光纤是一种由光子晶体材料制成的光纤结构，具有一系列独特的光学和传输特性。
它相比传统的光纤，具有更低的损耗和更大的带宽，适用于光通信、光传感、光声学等领域。
在过去的几十年中，光子晶体光纤的研究取得了许多重要的进展，本文将对其中的关键问题进行综述。
首先，我们将介绍光子晶体光纤的基本原理。
光子晶体是具有周期性结构的光学材料，其周期往往与入射光的波长相当。
通过精确设计和控制光子晶体的结构参数，比如晶格常数、填充率等，可以实现对光的传输和控制。
在光子晶体光纤中，光的传输是通过光子晶体的周期性折射率变化引导的，从而实现低损耗和大带宽的特性。
其次，我们将重点介绍光子晶体光纤的设计和制备方法。
光子晶体光纤可以通过多种方法来制备，包括体外法、孔蚀法和结合法等。
其中，体外法是最常用的方法之一，其基本步骤是将光子晶体材料制备成光纤的预制坯料，然后通过拉伸和微调制得到所需的光纤结构。
在制备过程中，需要注意光子晶体的晶格参数和填充率对光纤性能的影响，以及如何实现精确控制和调节。
然后，我们将介绍光子晶体光纤的光学特性。
光子晶体光纤的光学特性主要是由光子晶体的结构和材料的选取所决定的。
光子晶体的周期结构可以实现对光的波长选择性传输，从而实现对光的色散和非线性效应的控制。
此外，光子晶体材料的选择也决定了光纤的损耗和带宽，常用的材料包括硅、玻璃、聚合物等。
通过设计和优化光子晶体光纤的结构和材料，可以实现对光纤的性能的控制和调节。
最后，我们将讨论光子晶体光纤在实际应用中的一些研究进展和挑战。
光子晶体光纤具有许多潜在的应用，例如高速通信、传感和光声学等领域。
在高速通信中，光子晶体光纤可以实现更高的传输速率和更长的传输距离，从而提高光纤通信系统的性能。
在传感方面，光子晶体光纤可以实现对温度、压力、化学成分等的高灵敏度测量。
在光声学中，光子晶体光纤可以实现对声波的传输和控制，为光声成像、光声治疗等提供新的可能性。
《光子晶体光纤光栅折射率传感特性的研究》篇一一、引言随着现代科技的不断发展，光子晶体光纤（PCF）因其独特的物理和光学特性，在传感器技术领域得到了广泛的应用。
其中，光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating）作为一种重要的光学元件，具有高灵敏度、高分辨率以及良好的稳定性等优点，被广泛应用于折射率传感领域。
本文旨在研究光子晶体光纤光栅的折射率传感特性，为相关领域的研究和应用提供理论支持。
二、光子晶体光纤与光栅原理1. 光子晶体光纤（PCF）原理光子晶体光纤是一种基于光子晶体原理的光纤，其内部结构具有周期性排列的微结构。
这种结构使得光子晶体光纤在光传输过程中具有较低的损耗和较强的约束能力，可有效控制光的传播方向和模式。
2. 光栅原理光栅是一种具有周期性结构的衍射元件，其作用是将入射光束分解成多束衍射光束。
在光子晶体光纤中引入光栅结构，可形成光子晶体光纤光栅（PCF-Bragg Grating），其具有对特定波长或波长范围的光束进行选择性衍射的能力。
三、PCF-Bragg Grating折射率传感特性研究1. 实验原理与方法本研究采用PCF-Bragg Grating作为传感器元件，通过测量衍射光谱的变化来反映外界折射率的变化。
实验中，我们使用不同浓度的溶液作为折射率变化的介质，将PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中，观察其衍射光谱的变化情况。
同时，我们还采用光谱仪等设备对衍射光谱进行精确测量和分析。
2. 实验结果与分析实验结果表明，当PCF-Bragg Grating浸入不同浓度的溶液中时，其衍射光谱发生了明显的变化。
随着溶液浓度的增加，衍射光谱的峰值波长逐渐发生红移或蓝移。
这一现象表明PCF-Bragg Grating的折射率传感特性具有良好的灵敏度和分辨率。
此外，我们还发现PCF-Bragg Grating的稳定性较好，能够在不同环境下保持较高的测量精度和可靠性。
为了进一步分析PCF-Bragg Grating的折射率传感特性，我们采用了多种数学方法对实验数据进行处理和分析。
光子晶体光纤传感技术研究及其应用光子晶体光纤传感技术是一种新的传感技术，近年来得到了广泛的应用和研究。
该技术利用特殊的“光子晶体”结构，将光纤中的光束束缚在其中，使得光纤在传输光信号的同时，还能够实现高灵敏度、快速响应、高精度、高速度、远距离等优点，极大地提高了传感器的性能和应用范围。
本文将详细介绍光子晶体光纤传感技术的原理、性能和应用，以期引起广大读者的关注和研究。
一、光子晶体光纤传感技术的原理光子晶体光纤是一种具有周期性折射率分布的光纤，其折射率呈现出周期性变化。
这种变化使得光子晶体光纤能够将光束束缚在晶体中，从而产生共振效应。
光谱传输及调制、耦合、消光、波导、微操纵、分波器、波长选择性过滤等功能性能极强。
光子晶体光纤传感技术的原理是通过光子晶体结构对光场的调制实现对物理量的测量和控制。
根据传感器中被测量物理量的不同，可以设计不同的光子晶体结构和传感器方案。
例如，利用微纳加工技术，在光子晶体光纤中制造微小的缺陷，可以实现对温度、压力、湿度、光强度等参数的测量。
利用光纤连接器、光栅反射器等元器件，可以实现对光信号的调制和传输。
通过光纤尺寸、光纤材料的选择和光子晶体结构的调制等手段，可以实现对传感器性能的优化和提升。
二、光子晶体光纤传感技术的性能光子晶体光纤传感技术具有以下几个优点：1. 高灵敏度光子晶体光纤传感技术利用光子晶体结构束缚光束，使得光的传输与物理量的变化产生共振，从而提高了光信号的灵敏度。
传统的光纤传感技术只能通过光强的变化来检测被测物理量的变化，灵敏度有限。
而光子晶体光纤传感技术不仅可以探测光强的变化，还能够探测光场的相位、振幅等信息，灵敏度更高。
2. 快速响应光子晶体光纤传感技术利用光子晶体光纤中的高灵敏度共振效应，能够快速响应被测量的变化。
与传统的光纤传感技术相比，光子晶体光纤传感技术响应时间更短、反应更迅速。
3. 高精度光子晶体光纤传感技术可以利用微纳加工技术精确制造光子晶体结构，实现高精度传感器的制造。
光子晶体光学传感器的研究与应用光子晶体光学传感器是一种基于光学现象的传感器，利用光与物质相互作用的特性来实现测量。
它能够测量许多物理量，如温度、压力、湿度、流体浓度等等。
这些传感器有着很广泛的应用，从医疗诊断到工业监测都有可能使用到。
光子晶体的结构与性质光子晶体是一种周期性微结构，这种结构在不同的波长范围内有着完美的光学反射和抑制性能。
一般来说，光子晶体产生的光波会在晶体中多次反射和干涉，并最终反射、透射或被吸收。
这种光学现象的基础就是光子晶体的周期性结构。
光子晶体的周期性结构是由一些具有不同折射率的材料构成的。
例如，某些光子晶体是由块状的交替层构成的，每一层具有不同的折射率，形成了一个周期性的结构。
例如，对于一个由硅和空气交替层构成的光子晶体，硅的折射率为 3.4，而空气的折射率为1.0，这种结构的周期一般在几百纳米至几乎1 微米的范围内变化。
光子晶体抑制光的原理是 Bragg 反射和禁带，也就是菲涅尔反射与布喇格反射相结合的效果。
当光波入射到这种结构中的时候，它会被反射回来，这种反射会发生在一个禁带（也称光子禁带）范围内，这个范围包括了光子晶体结构中光波无法通过的区域。
因此，光子晶体中的禁带作用与半导体材料中的禁带有一些相似之处。
光子晶体光学传感器的研究光子晶体光学传感器的研究始于 20 世纪 90 年代，当时许多研究人员在注重光子晶体材料的光学性质以及如何利用这些性质来实现光学传感的研究。
一些最初的研究方向包括使用光子晶体来增强 Raman 散射信号、制备气敏光子晶体薄膜以及使用氢键进行化学传感等等。
随着时间的推移，更多的研究人员开始开展光子晶体光学传感器研究，这些研究包括传感器的原理、优化传感器结构、规模化生产传感器等。
光子晶体光学传感器具有快速响应、防干扰性好、多参数测量等优势。
光子晶体光学传感器可实现非接触式各种物理和化学参数测量，不易受环境干扰和电磁干扰，不需要维护，更适合一些高精度、长期监测的应用。
光子晶体光纤特性及应用【摘要】光子晶体光纤以其特殊的传输机理和优异的性能，其应用领域正不断扩大，本文介绍了光子晶体光纤的概念、原理和分类，说明两种光子晶体光纤的结构，并讨论了光子晶体光纤的特性及相应的应用。
【关键词】光子晶体光纤；微结构光纤；光子带隙1 概述光子晶体可以认为是一种由折射率周期性变化而产生光子能带和带隙的物质。
频率处于禁带范围内的光子不能在这种物质中传播，如在光子晶体中引入缺陷以破坏其周期性结构时，光子带隙就会形成具有一定频带宽度的缺陷区，与其对于的特定频率的光波可以在其中传播。
这就是光子晶体概念的来源。
光子晶体光纤又称为微结构光纤是一种二维光子晶体，通常的结构为光纤的横截面内存在着很多按一定规律周期性排列的空气孔，这些孔的尺寸和光波的波长相当。
如在周期性的结构中引入线缺陷，如改变孔径的大小，或以玻璃代替空气孔，便形成了光子晶体光纤结构，光可以沿着缺陷在光纤中传输。
缺陷构成光子晶体光纤的纤芯，缺陷外的周期性结构便是光子晶体光纤的包层，光在缺陷内传播。
光子晶体光纤是具有空洞的微列阵结构的光纤，被称为多孔光纤或微结构光纤。
光子晶体光纤有很多奇特的性质。
例如，可以在很宽的带宽范围内只支持一个模式传输；包层区气孔的排列方式能够极大地影响模式性质；排列不对称的气孔也可以产生很大的双折射效应。
2 光子晶体光纤的结构根据传光机制，光子晶体光纤可以分为两大类，全反射型光子晶体光纤和光子带隙型光子晶体光纤。
2.1全反射型光子晶体光纤的结构。
全反射型光子晶体光纤和传统光纤的传光原理相似，利用光纤内部全反射（TIR）原理，使被传送的光能量在高折射率实体的“芯”中传播，周围规则排列的微结构做为低折射率的光学皮层，如图1和图2所示。
2.2光子带隙型光子晶体光纤结构。
这种类型的光纤不是光的全反射原理，而是利用光子晶体的光子带隙效应（PBG），被传送的光被光子带隙限定在“芯”中，沿微结构方向传输。
如图3和图4所示，光子带隙型光子晶体光纤的结构，中间空的部分是“芯”，周围规则排列的微结构区域是光纤的包层。
光子晶体在光学领域的应用光子晶体是一种模拟晶体结构，由周期性中空介质和实物质构成的，被誉为“光子世界中的晶体”。
与普通晶体不同的是，光子晶体是用来控制光子行为的人造结构，具有非常重要的应用价值。
在光学领域中，光子晶体的应用十分广泛，尤其是在光电子器件、光通信、光学传感等方面，其独特的光学性质为这些应用提供了有力的支持。
一、光子晶体在光电子器件中的应用光子晶体的光学性质使得其能够用于光电子器件的设计和制造中。
例如，在光电子器件的波导中，通过改变晶体中板电容的形状和大小，可以设计出满足特定应用要求的波导。
此外，光子晶体还可用于设计和制造新型的微波器件。
例如，利用光子晶体在高频下对电磁波的选择性反射和透射性能，可以实现高Q值的微波滤波器。
二、光子晶体在光通信领域的应用在光通信领域中，光子晶体已被广泛应用于制造高Q值、低损耗的微纳光学滤波器、慢光器件和光子晶体光纤等。
利用光子晶体光纤的光学性质，可以控制光的传输速度和方向，为光纤通信和光存储提供了新的手段。
另外，利用光子晶体的波导结构，还可以实现微波光学调制器和光纤惯性陀螺仪等光电子器件。
三、光子晶体在光学传感领域的应用光子晶体的高灵敏度和可重复制的性质，使得其在光学传感领域中的应用越发广泛。
通过改变光子晶体孔径的大小和形状来调控光子晶体对目标物质的吸附和反应，可以实现高灵敏度、快速响应的化学、生物传感器、气体传感器等。
其中，一种光子晶体在生物传感器中的应用较为突出，即可利用层间空气中微生物的反射光谱研究其结构和活性。
例如，光子晶体常被用于观测生物分子的互作和检测药物分子的结构，以期实现生物实验和药物研发的自动化和高通量。
总之，光子晶体的应用在光学领域中有着着重要的地位。
尽管光子晶体的研究还处于起步阶段，但其潜在的应用价值和前景十分广阔，未来的研究和探索将会为光学领域的发展带来更多的新思想和新技术。
光子晶体光纤传感器技术的研究与应用光纤传感器是利用光纤为信号传输介质，通过测量光信号的改变来监测物理量并进行检测的一种高精度、高灵敏度的传感器。
在工业、医疗、环保等领域都有广泛的应用。
光子晶体光纤传感器是一种新型的光纤传感器，采用光子晶体材料制作光纤，并利用其特殊的光学性质实现高灵敏度、高可靠性和高度集成化的优势。
本文将介绍光子晶体光纤传感器技术的研究发展和应用前景。
一、光子晶体光纤传感器技术的基本原理光子晶体光纤传感器是由光子晶体材料制成的光纤传感器，其基本原理是利用光子晶体的特殊结构使光场在其中传输时发生布拉格衍射，形成能隙。
这种能隙对于不同频率的光，具有截止、反射或透射的作用，因此能够实现选择性敏感。
当外界物理量（如温度、压力、形变、化学物质等）引起光子晶体结构的变化时，光场在其中的传输性质也会发生变化，导致光子晶体中的能隙位置和宽度改变，从而改变其透射和反射光强度。
通过对光信号的测量和分析，便可以获得外界物理量的信息。
二、光子晶体光纤传感器技术的研究进展光子晶体光纤传感器技术自1998年发明以来，受到了广泛的关注和研究。
目前已经取得了许多重要的进展和成果。
例如：1. 光子晶体结构的优化设计：通过对光子晶体结构的优化设计，可以实现更高的敏感度、更广的测量范围和更高的可靠性。
研究者们利用计算机辅助设计和仿真技术，发展了多种可控制结构和材料参数的光子晶体结构，如石墨烯、氧化铝、氮化硅等，从而实现了不同领域对光子晶体光纤传感器的需求。
2. 检测技术的改进：光子晶体光纤传感器的检测技术在近年来得到了不断改进和完善。
研究者们采用了许多新型的检测技术，如拉曼光谱、自激发散射技术、微波分布式反射和光致发光技术等，克服了一些传统光纤传感器在低敏感度和低可靠性方面的缺点。
3. 应用领域的拓展：光子晶体光纤传感器的应用领域也越来越广泛，包括化学、环境、生物和医学等领域。
例如，它可以用于检测城市污染物浓度、土壤渗透性、水质和纳米颗粒等。
光子晶体光纤的制备与应用研究光子晶体光纤的制备主要分为两种方法：传统方法和新型方法。
传统方法是将光子晶体纳米颗粒混入熔融的硅酸盐玻璃中，通过拉伸和制作纤芯来制备光纤。
新型方法则是通过叠加不同颜色的光子晶体微球堆积来制作纤芯。
这些方法制备的光子晶体光纤具有高透明度、低损耗、高灵敏度和宽带宽等优点。
光子晶体光纤的应用研究主要集中在通信、传感和激光技术等领域。
在通信方面，光子晶体光纤可以提供更高的带宽和更低的损耗，可以用于长距离传输和高速数据传输。
在传感方面，光子晶体光纤具有较好的灵敏度和可调谐性，可以用于气体、液体和生物传感。
在激光技术方面，光子晶体光纤可以用作激光波导器件，用于光子晶体激光器和光纤拉曼激光器等的输出波导。
光子晶体光纤的研究还包括光纤传输特性和光纤结构改进等方面。
光子晶体光纤的光传输特性主要通过调整光子晶体光纤的纤芯结构和纤芯材料来实现，以改变纤芯的折射率和色散特性。
光纤结构改进主要通过改变纤芯的孔径和填充材料来实现，以提高光子晶体光纤的性能和应用范围。
光子晶体光纤的应用前景广阔。
随着信息技术的发展和需求的增加，对光纤通信和数据传输的需求也越来越大。
光子晶体光纤由于其独特的光学和物理特性，可以满足高带宽和低损耗的需求，因此在通信领域具有广阔的应用前景。
同时，光子晶体光纤在传感和激光技术领域也有很大的应用潜力，可以用于生命科学、环境监测和材料研究等方面。
总之，光子晶体光纤的制备与应用研究是一项具有重要意义的研究领域。
通过对光子晶体光纤的制备方法和应用特性的研究，可以推动光子晶体光纤在通信、传感和激光技术等领域的广泛应用，为信息技术的发展和创新做出贡献。
光子晶体光纤及在传感方面的应用摘要本文主要介绍了光子晶光纤的导光原理，特殊性能及制备方法，并着重介绍了基于光子晶体光纤的几种新型传感器，像光纤陀螺应力传感，双芯光子晶体温度传感等。
关键字光子晶体光纤非线性双折射效应光子晶体光纤（PCF，photonic crystal fiber）的概念最早由ST. J. Russell 等人于1992 年提出。
这一光纤在石英光纤中沿轴向均匀排列着空气孔，从光纤的端面看，存在周期性排列的二维结构，如果其中1 个孔遭到破坏或缺失，就会出现缺陷，光能够在缺陷内传输，与普通单模光纤不同，光子晶体光纤是由其中周期性排列空气孔的单一石英材料构成，所以又被称为多孔光纤（holey fiber）或是微结构光纤（micro- structuredfiber）。
世界上的第一根光子晶体光纤于1996 年由英国Bath大学的J. C. Knight 等人制作。
1 晶体光纤的导光原理［1］光子晶体光纤具有周期性的排列结构，它同传统的光纤在传输机理上有很大的不同，根据光子晶体光纤的分类，确定了两类基本的传输模型。
1.1 全反射型（TIR）光子晶体光纤全反射型光子晶体光纤纤芯的折射率高于包层的平均折射率，因此由传统的光学理论可以认为光束被束缚在光纤中传输。
通过改变石英同空气孔的比例关系可以调节光纤折射率差的大小，当空气孔足够小的时候，任意波长的光均能在光纤中传输而不被截止，成为“无尽单模”的传输特性。
这种光纤的传输原理同普通光纤相似，通常利用分析普通光纤的类似方法进行分析和研究工作。
图1 为全反射型光子晶体光纤的结构图。
图11.2 光子带隙型（PBG）光子晶体光纤光子带隙存在于光子晶体中，光子晶体是由不同折射率的介质材料周期性排列而成的，当它的排列周期大小同光的波长差别不大时，周期性的结构会使光子晶体具有类似电子晶体一样的能带结构，使某些波长的光不能通过光子晶体传输，如果引入一个缺陷破坏它的周期性质，则这个波长的光就可以在这个缺陷中传输。
光子带隙型光子晶体光纤就是这种类型的光子晶体。
图2 为光子带隙型光子晶体光纤的结构图。
图22 光子晶体光纤的制备制备光子晶体光纤的方法主要有: 堆积法、挤压法、酸腐蚀法、填充法、溶模法、叠片法、发泡法等。
下面就常用的堆积法和挤压法进行简单的介绍［2，3］。
2.1 堆积法堆积法是现阶段制备光子晶体光纤, 尤其是以石英为基质制备光子晶体光纤最主要的方法, 其制备过程如下:1) 将中间带有空气孔的石英棒拉制成所需尺寸的毛细管, 把毛细管按合适长度截断后, 紧密地堆积在套管( 即中心有空芯的石英棒)中。
2) 在呈三角结构排列的毛细管中引入缺陷, 作为光子晶体光纤的纤芯。
如果要制备实芯光纤, 就用一根或几根与毛细管同样径向尺寸的石英棒替换套管中部的毛细管, 如制备空芯光纤, 则抽出套管中部的某些毛细管即可。
3) 将预制棒放到拉丝机上拉丝。
堆积法的优点: 预制棒的制作过程简单, 传统光纤的拉制设备就可满足光子晶体光纤的制备( 图3) , 基本不需要其他特殊设备。
缺点: 预制棒的制作所需时间长, 无法满足大规模、标准化的生产; 无法制备特殊结构的光子晶体光纤,比如包层孔为矩形分布的光子晶体光纤。
图3 光子晶体光纤预制棒制作示意图3.2 挤压法挤压法名称的由来与堆积法相似, 也是根据预制棒的制作方法命名的。
首先, 按照所需光纤结构制作相应的模具, 然后将要制作光纤的基质材料加热到熔融状态, 灌入模具中, 待冷却定型后, 使模具与预制棒分离, 最后将预制棒放到拉丝机中进行拉丝。
挤压法的优点: 模具制成后,可反复利用, 提高了预制棒的制作效率, 适合于大规模的生产。
缺点: 只适合于软化温度较低的材料, 如复合玻璃SF6, SF57 等; 结构不同的光纤需要不同的模具。
3 光子晶体光纤的特性光子晶体光纤的特性决定了它成为光纤通讯领域研究的重点，从1992 年提出光子晶体光纤概念到现在，光子晶体光纤的研制和研究工作取得了很大的进展。
光子晶体光纤的主要特性分为以下几个方面［3］：3.1 无截止单模在光通信中所使用的单模光纤都遵循基本光波导理论，即可以用麦克斯维方程求解，一般情况下光纤的基本传输机理满足下列公式：其中Vc 定义为归一化截止频率，d 为纤芯直径，λ c 为截止波长，n1 和n2 分别为纤芯和包层的折射率。
在Vc 值小于2.405时，光纤能够实现单模传输，同时工作波长大于截止波长。
光纤中必然存在一个能够使光纤为单模传输的最小波长，但是光子晶体光纤就可以不存在这样最小波长，使光纤在较宽的波长区域内实现单模传输，因此具有无截止单模的特性。
更重要的一点是，光子晶体光纤的无截止单模特性与光纤结构的绝对尺寸无关。
即当放大结构尺寸时，光子晶体光纤仍可保持单模传输，这就提供了一条实现大模式面积光纤的途径。
3.2 色散特性色散是光纤的一个重要参数，它决定着波导是否可以应用到某个领域，如孤子传输、超短脉冲的产生、超连续光谱的产生和谐波的获得等，对光通讯以及应用光子晶体光纤进行色散补偿和设计光纤激光器等都起着决定作用。
Bath 大学Birks 等人的分析表明，设计合理的光子晶体光纤可以获得100 nm 带宽、超过- 2 000 ps/nm·km 的色散值，并可以补偿是其自身长度35 倍的标准光纤引起的色散。
3.3 高非线性［4］光纤的非线性系数定义为：g=2pn2 /(lAeff)其中, n2 是材料的非线性折射率系数, Aeff 为光纤有效模场面积。
在光子晶体光纤中, 减小包层空气孔间距和提高包层空气填充率, 可以有效地减小芯区面积, 增大纤芯和包层折射率差, 极大地减小有效模场面积。
但是, 当光子晶体光纤芯径过小时, 将会有很大一部分光能量泄漏到包层中, 不仅增大模场面积, 也增加了光纤的损耗。
由图6 可以看到, 在相同的包层空气填充率的情况下, 当等效纤芯直径2L- d 小于工作波长时, 光纤限制损耗随着纤芯的减小而迅速增大。
并且由图6 的插图可知, 模场面积并非随着纤芯半径的减小而单调递减, 而是存在着一个最小点。
由于在最小模面积处,光纤存在着较大的限制损耗, 在实际的应用中, 应综合考虑模场面积和限制损耗。
图3光子晶体光纤的非线性特性3.4 双折射效应在标准的光纤中，纤芯与包层界面之间的不完整性所引入的随机双折射可导致光随机偏振，可采用不对称芯光纤作为保偏光纤。
通过将大而不均匀的双折射引入到光纤中，可以克服PMD 中出现的随机双折射问题。
与普通保偏光纤相似，通过改变光子晶体光纤的包层结构参数可以制作出具有高双折射效应的光子晶体光纤，这是传统保偏光纤所不及的。
只要破坏光子晶体光纤截面的圆对称性使其成为二维结构即可，例如，通过减少一些空气孔或者改变一些空气孔的尺寸都可获得高的双折射特性。
理论分析表明，可以设计出双折射度达到1×10- 3 cm/m 的光子晶体光纤。
例如已研制出一种保偏PCF，其双折射达到1.4×10- 3 cm/m，约为目前熊猫型保偏光纤的3倍，这种光纤可以取代目前的保偏光纤。
图4 为保偏光子晶体光纤的样品。
图4，具有保偏特性的光子晶体光纤4光子晶体光纤在传感方面的应用［5~9］PCF的各种优良特性决定其在各方面都有广泛应用，在传感器方面的应用尤为引人瞩目。
下面介绍几种新型PCF传感器。
4.1基于光子晶体光纤的Sagnac 应力传感器光纤Saganc 干涉仪由于其优越的性能和灵活的应用受到了广泛关注。
通常, 用于传感的光纤Sagnac干涉仪中使用的是传统的保偏光纤( PMF) 或者高双折射光纤( HBF) 。
而这些光纤掺杂纤芯和纯二氧化硅包层具有不同的温度系数, 光纤的双折射性能容易受到温度影响,进而影响灵敏度。
因此光子晶体光纤被应用到Saganc 干涉仪中, 其纤芯和空气孔包层都由纯二氧化硅组成, 具有超低的温度系数。
大多数的应力传感器, 大都集中在光纤长度方向上的应力传感, 而横向的应力也值得关注, 它在建筑物的健康检测中就有着重要的应用。
在此介绍一种基于实心光子晶体光纤Sag nac 干涉仪的横向应力传感器。
传感器Sagnac 环中的双折射是由预先施加在光子晶体光纤上的横向压力引起的, 因此不需要精确切割光纤长度就可以实现传感器输出光谱周期和峰值波长的调谐, 更方便测量［5］。
图5光子晶体光纤Sagnac 干涉仪的横向应力传感器原理图实验原理图如图5所示, 宽带光源发出的光经3 dB 耦合器分成两束强度相等的光, 这两束光在Sagnac 环中沿相反的方向传输, 并在3 dB 耦合器处相遇发生干涉。
如果Sagnac 环中没有双折射, 对于一个理想的3 dB 耦合器, 所有波长的光都将被反射回Sagnac 干涉仪的输入端口, 没有光到达连接着光谱仪的输出端口, 如果Sagnac 环中存在双折射, Sagnac 干涉仪的输出变成一个与波长有关的正弦型干涉光谱, 如图 2 所示。
由于光纤材料存在弹光效应, 光子晶体光纤就会产生初始的双折射。
随后, 当物体放到光纤上( 图5) , 由于物体重力的作用, 光纤也因为弹光效而产生额外的双折射, 进而会使干涉光谱移动。
测量光谱移动( 光谱的峰值波长移动) , 就可以实现横向压力传感。
4.2双芯光子晶体光纤温度传感器对双芯光子晶体光纤的特性研究发现，利用纤芯间高折射率柱的谐振效应可实现对温度的精确传感。
在纤芯间空气孔中注入液晶材料, 利用液晶材料折射率的温度变化特性, 使温度变化对双芯间的耦合特性产生影响, 从而实现对温度的精确传感［6］。
4.3 双模光子晶体光纤传感器［8］高双折射双模光子晶体光纤支持四个稳定模态，即LP01 模的两个偏振态和LP11 的两个偏振态，这四个模态在同一光纤中沿着不同的路径传输，如果我们使同一偏振方向的不同模式或者同一模式的不同偏振态进行干涉，即模式干涉或者偏振干涉。
由于模式或偏振态之间的相位差受环境温度、应变及其他因素的影响，因此这种双模光子晶体光纤可以用来测量温度、应变或同时测量多个物理量。
工作原理（如图6）是基于光纤中LP01 模和LP11 之间的干涉。
从半导体激光器输出的激光被首先准直，然后通过起偏器，在通过透镜聚焦后耦合到光子晶体光纤。
一个近红外CCD 摄象头位于光纤的出射端面用于检测输出的远场光强分布。
光子晶体光纤一端被固定，另一端则固定在数控微动台上用于在光纤上施加轴向应变。
在测试前，调整入射条件，使入射光的聚焦点对准光纤的轴心，保证得到较好的干涉信号。
由于模式的干涉，在光纤远场会观测到出射强度分布随着两个模式之间的相位差的变化而变化。
图6 双模光子晶体光纤干涉仪应变测量实验装置3.43 长周期光栅结构的PCFs 传感器［7］长周期光栅（LPG），又称透射光栅，是周期较长（一般为几百微米）的衍射光栅，也可以被写入PCFs，满足光栅谐振条件的光子会被剧烈地耦合到包层模与纤芯模发生干涉。
