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空芯光纤的导光原理

随着技术的发展,逐渐开始出现特殊设计的包层结构,例如空心光子晶体光纤。

与常规的光纤波导导光的全反射原理不同,空芯光纤的芯是空气,要导光就完全依赖于包层对光的约束。为了在玻璃毛细管的内壁上镀膜方便,初期孔径比较大,但孔径大了传输的模式也随之增多,因此这种结构难以实现较长距离的单模传输。

空芯光子晶体光纤的导光原理是光子晶体带隙效应,与半导体中带隙概念类似,这种光纤的包层空气孔结构具有严格的周期性。纤芯的引入使这种周期性结构遭到破坏时,就形成了具有一定频宽的缺陷态或局域态,而只有特定频率的光波可以在这个缺陷区域中传播,其他频率的光波则不能传播,从而形成对光的约束。采用这种结构,芯层的折射率就不必大于包层了,从而更具实用价值的空芯光纤应运而生。

这种结构的光纤起初的损耗特别大,基本上是~dB/cm级别。直至目前,经过二十多年的发展,这种结构的空芯光纤的损耗可能最好的也很难做到2dB/km以下了。

为了克服空芯光纤损耗大的问题,人们最近又提出了一种基于抗谐振原理的空芯光纤。它是利用光在光纤内的管状玻璃薄膜间来回相干反射将光限制在空气芯附近并沿轴线传输。光纤内的这种玻璃薄膜的作用就像是FP谐振腔一样,使得传输谱线呈现多峰的,峰值之间被分隔为多个高反射区,也称为抗谐振窗口。

在这些窗口内,从空芯掠入射将会导致很高的反射,从而极大地降低光纤的泄露损耗。带隙导引型光纤的特性主要取决于包层微结构的特殊设计,而这种抗谐振光纤的低损耗波段可以只通过改变玻璃薄膜的厚度来实现,并且研究已经表明,这种光纤能够在任意波长都提供比现有常规光纤更低的损耗。


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