2 光子晶體光纖光柵的應(yīng)用
光纖光柵的出現(xiàn)是光纖技術(shù)發(fā)展的又一個具有里程碑意義的事件，在光通信及光傳感領(lǐng)域獲得極為廣泛的應(yīng)用。而PCF是在普通光纖波導(dǎo)結(jié)構(gòu)變革上迅猛發(fā)展起來的、具有諸多奇異光學(xué)特性的玻璃硅導(dǎo)材料。隨著PCF的研究深入及PCFG制備技術(shù)的完善，研制基于PCFG的新型光子器件也逐步成為光電子學(xué)領(lǐng)域的前沿課題。
2.1 外界折射率不敏感的PCFG
傳統(tǒng)光纖光柵的包層諧振波是在空氣硅界面上相干反射形成，如果光柵所處的外界環(huán)境發(fā)生變化，則其傳輸譜亦隨之改變。雖然這種效應(yīng)可以用來測量外部折射率、濃度等物理量；但是在測其它參量時，往往需要剔除外界環(huán)境變化因素，即需要具有對外界折射率不敏感的性質(zhì)光纖光柵器件。實(shí)驗(yàn)表明：PCFG高階泄露模基本不受光纖外部折射率的影響，寫入的PCFG濾波性質(zhì)由光纖橫截面的氣孔周期陣列結(jié)構(gòu)及填充物的屬性所決定，即PCFG對外界折射率具有良好的不敏感性質(zhì)。我們認(rèn)為，這主要是由于PCF的空氣包層結(jié)構(gòu)造成的：光波由纖芯耦合進(jìn)入包層，當(dāng)傳播抵達(dá)內(nèi)硅層與空氣之間的界面時發(fā)生反射；這樣包層模被局限在纖芯與周圍最近的空氣孔之間，基本沒有能量的泄漏，即外界環(huán)境的變化不會影響其傳輸特性。這種對外界折射率不敏感的性質(zhì)，用在傳感領(lǐng)域可以剔除外界擾動因素，從而獲得高精度的測量結(jié)果；用在通信領(lǐng)域則可使系統(tǒng)在不同環(huán)境下，如海洋、水庫、油田等，保持光的傳輸性質(zhì)不變。
2.2 對溫度不敏感的PCFG
傳統(tǒng)光纖光柵已在傳感領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用，比如用于應(yīng)力、應(yīng)變、位移等物理量的測量，但是由于其對應(yīng)力、溫度都具敏感性，這種交叉敏感效應(yīng)給應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)參量感測帶來誤差。為了消除溫度/應(yīng)力交叉敏感效應(yīng)，人們通過巧妙結(jié)構(gòu)設(shè)計提出不少解決的辦法。
利用熱激成柵法及雙光子吸收法寫制的PCFG，是對PCF結(jié)構(gòu)的微擾而產(chǎn)生的，本身具有對溫度不敏感的性質(zhì)，自然也就消除了溫度/應(yīng)力交叉效應(yīng)。如Humbert. G.等人利用電弧加熱的熱激成柵法寫制的PLPGs，在1595nm諧振峰處測得其溫度靈敏度僅為9pm/oC，小于Eggleton等人寫制的PCFG的溫度靈敏度20 pm/oC，更遠(yuǎn)小于普通單模光纖光柵的溫漂能力。又如普通FBG在500oC高溫時就會被擦除，但N.Groothoff等人利用雙光子吸收法寫制的PFBG在500oC高溫下的透射譜與常溫下的透射譜幾乎一樣，具有良好的溫度穩(wěn)定性。這種對溫度不敏感的PCFG在光通信及光傳感領(lǐng)域都有重要作用。
2.3 大范圍寬帶調(diào)諧濾波器
可調(diào)諧濾波器是密集波分復(fù)用系統(tǒng)（DWDM）的關(guān)鍵器件之一，并已應(yīng)用于EDFA的動態(tài)增益平坦中；但普通光纖光柵濾波器的調(diào)諧范圍較窄，使其實(shí)際應(yīng)用受到限制。2000年，B.J.Eggleton、P.S.Westbrook 等人，在PCF上（纖芯摻鍺），寫入PLPG，其周期為550。然后在PCF的包層氣孔中注入丙烯酸聚合物，其在室溫下的折射率略大于硅玻璃的折射率，并通過紫外光照射加速聚合物的凝固，從而制備出聚合物-硅混合波導(dǎo)微結(jié)構(gòu)光纖光柵，如圖4（a）所示。該聚合物-硅混合波導(dǎo)微結(jié)構(gòu)光纖光柵從25~120oC的溫度區(qū)間，其諧振波長漂移量超過100nm，為普通FG的10倍以上，如圖4（b）所示，其中的諧波是纖芯基模與低階包層模耦合產(chǎn)生的。他們利用聚合物折射率隨溫度增加而減小的特性，獲得了超過100nm的大范圍帶寬調(diào)諧能力，可用來制造適用于大容量光通信領(lǐng)域的調(diào)諧濾波器等相關(guān)器件。
此外，PCFG作為高反元件，PCFG還可以用于光纖激光器的腔鏡制作；也可用于全PCF的Mach-Zehnder干涉儀。另外，隨著研究的深入，PCFG也可應(yīng)用于波分復(fù)用、光孤子通信、超窄光脈沖、多維傳感等領(lǐng)域。
3 展 望
本文介紹了國內(nèi)外PCFG的最新寫制方法，并介紹了其在光通信及光傳感中的應(yīng)用。在國內(nèi)，我們課題組已率先寫制出PFBG，并對PFBG溫度和應(yīng)變傳感特性進(jìn)行了初步研究。在有關(guān)PCFG的機(jī)理分析、寫制方法和工藝技術(shù)等方面，我們已取得一些初步的成果。作者認(rèn)為，通過改建、升級原有的普通光纖光柵寫入設(shè)備，利用已積累的光纖光柵制備技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，可望在特種PCFG的寫制以及PCFG制作的標(biāo)準(zhǔn)化、工程化等方面取得突破。
隨著PCFG的成功制備以及對PCFG認(rèn)識的加深，各種基于PCFG的光子器件的研制，如各種PCFG激光器、PCFG放大器、PCFG濾波器以及PCFG多維傳感器等，也將隨之興起和發(fā)展。而研制結(jié)構(gòu)新穎、功能優(yōu)異的各種基于PCFG的新型光子器件，結(jié)合應(yīng)用具有“奇異”光學(xué)特性的PCF，將給光纖技術(shù)的深遠(yuǎn)發(fā)展帶來重大突破，為光通信與光傳感的發(fā)展提供新思路、新方法及新技術(shù)，并為設(shè)計、研制基于PCFG的新一代性能優(yōu)異的光子器件開辟廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域。
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