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中空纖維的光傳輸

盡管空心光子晶體光纖在長距離通信領域無法挑戰傳統光纖,但它在其他幾個重要應用領域都優於傳統光纖,其中最顯著的可能是激光束傳輸。與傳統光纖相比,空心光子晶體光纖具有較高的損傷閾值。由於實際上只有少量的光在玻璃中傳播,因此空心光子晶體光纖的能量傳輸能力遠遠優於傳統光纖。

圖2是應用於通信波段的低損耗中空光子晶體光纖的橫截面的電子顯微照片。該光纖在1550 nm波長處的最小損耗為1.7dB/km。

兩者的另壹個區別是,空心光子晶體光纖的光學非線性很低,這也是光和玻璃重疊很少的結果。關鍵是纖芯中氣體的非線性折射率比固體矽小約1000倍,使得空心光子晶體光纖的非線性特性比傳統光纖小三個數量級。因此,無論是連續波還是短脈沖序列,都可以在功率非常高的空心光子晶體光纖中傳輸,不會出現光譜畸變。事實上,空心光子晶體光纖可以設計成通過纖芯中氣體或玻璃的非線性來決定整個光纖的非線性特性。此外,可以填充除空氣之外的其他氣體,從而可以從整體上完全控制光纖的非線性特性。

圖3放大空芯光子晶體光纖的纖芯(如圖2所示)可以降低損耗,但同時也帶來了更多的表面膜交叉,造成損耗譜中出現很多峰值。小芯的帶寬更寬,頻譜更平滑,但損耗會增加。

值得註意的是,當脈沖寬度小於1ps時,新的約束開始顯得重要。脈沖的固有帶寬開始類似於中空光子晶體光纖的低損耗窗口的寬度。另外,空心光子晶體光纖中的群速度色散意味著小於1ps的脈沖只有在光纖中傳播幾米才會有明顯的色散。然而,重要的是,即使脈沖寬度為100fs並且峰值功率達到典型鎖模激光振蕩器的水平,空心光子晶體光纖的低非線性也使得這種色散不伴隨明顯的光譜失真。

對於傳統光纖來說,在非線性效應和色散的共同作用下,這麽短的脈沖只傳播幾毫米就會被快速分裂。空心光子晶體光纖的低非線性意味著只要光纖中的線性色散能夠得到適當的補償,比如在耦合進光纖之前用壹塊玻璃對脈沖進行預啁啾,脈沖就可以在空心光子晶體光纖中傳播數米。另壹種可能是利用空心光子晶體光纖的低非線性來平衡線性色散,使脈沖在空心光子晶體光纖中以孤子的形式傳播。過去,在相對較低的功率水平下,用傳統光纖在1500nm波段觀察到光纖孤子。然而,空心光子晶體光纖可以在很寬的波長範圍內傳播峰值功率高達幾兆瓦的高強度脈沖。

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