光子带隙光纤(下)

光子晶体光纤(PCF)为了实现通信系统中全光信号处理，需要纤芯有效截面积小而非线性系数高的PCF光纤。第四个特点是潜在的超低传输损耗。对于空气导光光子带隙光纤，由于空气是传输介质，因此其理论损耗正如康宁光学物理学家詹姆斯？韦斯特说："空气中的原子数量只是固体中原子数量的千分之一。因此，如果没有其它损耗，信号损耗也应该是原来的千分之一"。光子带隙光纤的理论最低损耗为空气中原子引起的散射损耗。第五个特性是巨大的传输带宽。对于空气导光光子带隙光纤，其传输带宽由光子带隙宽度决定。对于包层为空气孔排列的光纤，其光子带隙宽度由包层的空气孔形状和尺寸、空气孔间距、空气孔排列方式等光纤结构参数决定。对于包层为Bragg反射镜的光纤(中空全向介质光纤)，其光子带隙由包层中两种介质的折射率和厚度分布等结构参数所决定。这两种光纤的结构参数具有很大的设计自由度，因此，空气导光光子带隙光纤具有较大的潜在带宽。具报道，对于前者，如果包层空气孔的截面是六角形，围绕中间空气孔排列成蜂巢状，其对应的光子带隙为1400-1700nm，因此传输带宽为300nm。对于后者，单个带隙所对应的带宽已超过1000nm。

虽然光子带隙光纤在光纤通信方面特别是长距离传输方面有着潜在的应用前景，但进入实用化阶段以前还有一些关键问题需要解决。

第一，传输损耗方面。目前，空气导光光子带隙光纤的传输损耗最好实验记录是1.70dB/km，中空圆筒多包层光子带隙光纤的传输损耗记录是0.95dBm-1。根据美国加州理工学院和日本北海道大学的研究结果，在空气导光光纤中，只要包层空气孔层数增加到10层以上，泄漏损耗可以降低到0.1dB/km以下。目前，前一种光纤的传输损耗相距传统传输光纤的损耗已没有多远，通过改进制作工艺，可以减少中间空气孔内表面所引起的散射损耗，传输损耗可以进一步降低到接近实用化的水平。对于中空圆筒多包层光子带隙光纤来说，通过改进制作工艺，其传输损耗预计在不久的将来也会降低到实用化水平。

第二，色散方面。目前，国际上对空气导光光子带隙光纤的色散特性的研究只有少量的报道，对其内在机理尚未有透彻的认识，还不能从理论上指导如何设计给定色散特性的光子带隙光纤，而只能针对某种结构通过数值模拟得到其色散特性。

鉴于光子带隙光纤的特性，如果设计分析和制备技术得到进一步发展，其传输损耗和色散能降低到传统光纤的水平，光纤通信领域将会发生革命性的变化。