2 光子晶體(ti) 光纖光柵的應用

　　光纖光柵的出現是光纖技術發展的又一個(ge) 具有裏程碑意義(yi) 的事件，在光通信及光傳(chuan) 感領域獲得極為(wei) 廣泛的應用。而PCF是在普通光纖波導結構變革上迅猛發展起來的、具有諸多奇異光學特性的玻璃矽導材料。隨著PCF的研究深入及PCFG製備技術的完善，研製基於(yu) PCFG的新型光子器件也逐步成為(wei) 光電子學領域的前沿課題。

　　2.1 外界折射率不敏感的PCFG

　　傳(chuan) 統光纖光柵的包層諧振波是在空氣矽界麵上相幹反射形成，如果光柵所處的外界環境發生變化，則其傳(chuan) 輸譜亦隨之改變。雖然這種效應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境變化因素，即需要具有對外界折射率不敏感的性質光纖光柵器件。實驗表明：PCFG高階泄露模基本不受光纖外部折射率的影響，寫(xie) 入的PCFG濾波性質由光纖橫截麵的氣孔周期陣列結構及填充物的屬性所決(jue) 定，即PCFG對外界折射率具有良好的不敏感性質。我們(men) 認為(wei) ，這主要是由於(yu) PCF的空氣包層結構造成的：光波由纖芯耦合進入包層，當傳(chuan) 播抵達內(nei) 矽層與(yu) 空氣之間的界麵時發生反射；這樣包層模被局限在纖芯與(yu) 周圍最近的空氣孔之間，基本沒有能量的泄漏，即外界環境的變化不會(hui) 影響其傳(chuan) 輸特性。這種對外界折射率不敏感的性質，用在傳(chuan) 感領域可以剔除外界擾動因素，從(cong) 而獲得高精度的測量結果；用在通信領域則可使係統在不同環境下，如海洋、水庫、油田等，保持光的傳(chuan) 輸性質不變。

　　2.2 對溫度不敏感的PCFG

　　傳(chuan) 統光纖光柵已在傳(chuan) 感領域獲得廣泛應用，比如用於(yu) 應力、應變、位移等物理量的測量，但是由於(yu) 其對應力、溫度都具敏感性，這種交叉敏感效應給應力、應變等力學參量感測帶來誤差。為(wei) 了消除溫度/應力交叉敏感效應，人們(men) 通過巧妙結構設計提出不少解決(jue) 的辦法。

　　利用熱激成柵法及雙光子吸收法寫(xie) 製的PCFG，是對PCF結構的微擾而產(chan) 生的，本身具有對溫度不敏感的性質，自然也就消除了溫度/應力交叉效應。如Humbert. G.等人利用電弧加熱的熱激成柵法寫(xie) 製的PLPGs，在1595nm諧振峰處測得其溫度靈敏度僅(jin) 為(wei) 9pm/oC，小於(yu) Eggleton等人寫(xie) 製的PCFG的溫度靈敏度20 pm/oC，更遠小於(yu) 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(hui) 被擦除，但N.Groothoff等人利用雙光子吸收法寫(xie) 製的PFBG在500oC高溫下的透射譜與(yu) 常溫下的透射譜幾乎一樣，具有良好的溫度穩定性。這種對溫度不敏感的PCFG在光通信及光傳(chuan) 感領域都有重要作用。

　　2.3 大範圍寬帶調諧濾波器

　　可調諧濾波器是密集波分複用係統（DWDM）的關(guan) 鍵器件之一，並已應用於(yu) EDFA的動態增益平坦中；但普通光纖光柵濾波器的調諧範圍較窄，使其實際應用受到限製。2000年，B.J.Eggleton、P.S.Westbrook 等人，在PCF上（纖芯摻鍺），寫(xie) 入PLPG，其周期為(wei) 550。然後在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於(yu) 矽玻璃的折射率，並通過紫外光照射加速聚合物的凝固，從(cong) 而製備出聚合物-矽混合波導微結構光纖光柵，如圖4（a）所示。該聚合物-矽混合波導微結構光纖光柵從(cong) 25~120oC的溫度區間，其諧振波長漂移量超過100nm，為(wei) 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(yu) 低階包層模耦合產(chan) 生的。他們(men) 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的大範圍帶寬調諧能力，可用來製造適用於(yu) 大容量光通信領域的調諧濾波器等相關(guan) 器件。

　　此外，PCFG作為(wei) 高反元件，PCFG還可以用於(yu) 光纖激光器的腔鏡製作；也可用於(yu) 全PCF的Mach-Zehnder幹涉儀(yi) 。另外，隨著研究的深入，PCFG也可應用於(yu) 波分複用、光孤子通信、超窄光脈衝(chong) 、多維傳(chuan) 感等領域。

　　3 展 望

　　本文介紹了國內(nei) 外PCFG的最新寫(xie) 製方法，並介紹了其在光通信及光傳(chuan) 感中的應用。在國內(nei) ，我們(men) 課題組已率先寫(xie) 製出PFBG，並對PFBG溫度和應變傳(chuan) 感特性進行了初步研究。在有關(guan) PCFG的機理分析、寫(xie) 製方法和工藝技術等方麵，我們(men) 已取得一些初步的成果。作者認為(wei) ，通過改建、升級原有的普通光纖光柵寫(xie) 入設備，利用已積累的光纖光柵製備技術經驗，可望在特種PCFG的寫(xie) 製以及PCFG製作的標準化、工程化等方麵取得突破。

　　隨著PCFG的成功製備以及對PCFG認識的加深，各種基於(yu) PCFG的光子器件的研製，如各種PCFG激光器、PCFG放大器、PCFG濾波器以及PCFG多維傳(chuan) 感器等，也將隨之興(xing) 起和發展。而研製結構新穎、功能優(you) 異的各種基於(yu) PCFG的新型光子器件，結合應用具有“奇異”光學特性的PCF，將給光纖技術的深遠發展帶來重大突破，為(wei) 光通信與(yu) 光傳(chuan) 感的發展提供新思路、新方法及新技術，並為(wei) 設計、研製基於(yu) PCFG的新一代性能優(you) 異的光子器件開辟廣闊的應用領域。