空心光纖

空心光纖介紹

HollowFiber--空心光纖

將光纖作成空心，形成圓筒狀空間，用於光傳輸的光纖，稱作空心光纖（HollowFiber）。

空心光纖主要用於能量傳送，可供X射線、紫外線和遠紅外線光能傳輸。空心光纖結構有兩種：一是將玻璃作成圓筒狀，其纖芯與包層原理與階躍型相同。利用光在空氣與玻璃之間的全反射傳播。由於，光的大部分可在無損耗的空氣中傳播，具有一定距離的傳播功能。二是使圓筒內面的反射率接近1，以減少反射損耗。為了提高反射率，有在簡內設定電介質，使工作波長段損耗減少的。例如可以作到波長10.6pm損耗達幾dB／m的。

空心光子晶體光纖

空心光子晶體光纖能夠通過空氣而不是玻璃導光，因此在很多套用領域它比傳統的光纖更有優勢並將最終取代傳統的光纖。

光學物理學家探索的光子晶體材料套用中，光纖無疑是最具有前景的一項套用。光子晶體光纖（PCF）是一種新型光波導，具有與普通光纖截然不同的特性。這種新型光纖可以分為兩個基本類型——折射率波導和帶隙波導。由於橫向折射率分布有很大的自由度，所以折射率波導型光子晶體光纖可以設計成具有高度反常色散、非線性以及雙折射等特性的光纖。但是，在這些類型光纖中，大部分光線仍然在玻璃中傳播。帶隙波導型與空心光纖公認是光子晶體光纖技術中最具革命性創新，在這類光子晶體光纖中，通過在光纖包層中產生光子帶隙可以將光限制在中央的空心核中傳播。

採用空心，而不是傳統摻雜高純度矽纖芯，其優點是光纖性能不受纖芯的材料特性限制。傳統光纖的損傷閾值、衰減、非線性效應和群速度色散等參數都要受到矽材料相應參數的影響。通過合理設計，空心光纖可以實現超過99%的光在空氣中而不是在玻璃中傳播，從而大大降低了光纖材料特性對光學性質和光纖性能的影響。因此在很多重要領域，空心光子晶體光纖（HC-PCF）比傳統光纖更有優勢。

與傳統光纖不同，光子晶體光纖不是通過全內反射導光。相反，光子晶體光纖導引光的原理與多層鏡的反射原理非常類似。多層鏡是通過眾多介質面的同相反射達到全反射的效果。在空心光子晶體光纖中，二維微小空氣孔陣列貫穿整根光纖，它們的作用就相當於多層鏡的各個介質層。要將光限制在纖芯中，纖芯周圍的小孔必須排成非常均勻的有規則的格子，同時，它們必須接近以至快要接觸為止。這樣，包層的橫截面就類似一個由矽細絲網組成蜂巢，有時候細絲小到100nm粗。這種格線相當於理想的反射鏡，把光限制在纖芯中，但是格線的反射作用會受傳播常數限制。因此，空心光子晶體光纖的光譜回響範圍與傳統光纖差異較大，它只能在一定頻率範圍內導光，典型值是在中心頻率20%左右的範圍。儘管這樣，空心光子晶體光纖中的模式分布還是與傳統單模光纖非常類似。