將具有不同介電常數(shù)的介質材料按照一定的周期性排列,由于存在周期性,在介質中傳播的光波的色散曲線將形成帶狀結構,帶與帶之間有可能出現(xiàn)類似于半導體禁帶的“光子禁帶”,光波頻率在落在禁帶中將被嚴格禁止傳播。通常將這種具有光子禁帶的周期性電介質結構成為“光子晶體”。這是1987年John和Yablonovitch在討論周期性電介質結構對光傳播行為影響時提出的概念。根據(jù)這一特點光子晶體可以有效的抑制自發(fā)輻射。如果在光子晶體引入某種程度的缺陷,和缺陷態(tài)頻率吻合的光子有可能被局限在缺陷位置,一旦偏離卻顯處,光就迅速衰減。利用缺陷可以將光束縛在某一特定位置,光就無法從任何一個方向傳播。光子晶體光纖(Photonic Crystal Fiber, PCF)是具有這種特性的新型光纖,由晶格常數(shù)為波長數(shù)量級的二維光子晶體構成,又稱微結構光纖。
光子晶體光纖激光器與傳統(tǒng)光纖激光器相比具有許多優(yōu)異的性能,如:無截止單模傳輸特性、可調節(jié)的色散特性、高非線性和高雙折射特性等有點。光子晶體光纖具有高非線性特性,如自相位調制、交叉相位調制、四波混頻、受激拉曼散射、孤子自頻移和超連續(xù)譜生成等??梢酝ㄟ^減小有效纖芯直徑和采用高非線性系數(shù)的材料做纖芯來增大其非線性系數(shù)。光子晶體光纖可以方便的實現(xiàn)大模長面積、內包層大數(shù)值孔徑、高稀土摻雜乃至多芯設計,有效降低光纖激光器的高功率運轉時的非線性效應和熱效應,并能保持良好的光束質量,是常規(guī)光纖很難實現(xiàn)的。
丹麥PhotonicCrystal Fibre公司致力于開發(fā)高功率光子晶體光纖激光器,2007,制備出雙包層鐿摻雜光子晶體光纖,單根光纖的連續(xù)輸出功率已達到2.5kW;美國Nufern公司,制備出MM-EYDF-12/130雙包層鉺鐿共摻雜光子晶體光纖,工作波長1550nm,大纖芯設計,專供用于研發(fā)諸如激光雷達用的高功率脈沖光纖激光器和脈沖放大器。國內在光子晶體光纖激光器領域研究起步較晚,國產光子晶體光纖高功率激光器的報道還相對較少。
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