2 光子晶體光纖光柵的應用

　　光纖光柵的出現(xiàn)是光纖技術發(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域獲得極為廣泛的應用。而PCF是在普通光纖波導結構變革上迅猛發(fā)展起來的、具有諸多奇異光學特性的玻璃硅導材料。隨著PCF的研究深入及PCFG制備技術的完善，研制基于PCFG的新型光子器件也逐步成為光電子學領域的前沿課題。

　　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，寫入的PCFG濾波性質由光纖橫截面的氣孔周期陣列結構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。我們認為，這主要是由于PCF的空氣包層結構造成的：光波由纖芯耦合進入包層，當傳播抵達內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，用在傳感領域可以剔除外界擾動因素，從而獲得高精度的測量結果；用在通信領域則可使系統(tǒng)在不同環(huán)境下，如海洋、水庫、油田等，保持光的傳輸性質不變。

　　2.2 對溫度不敏感的PCFG

　　傳統(tǒng)光纖光柵已在傳感領域獲得廣泛應用，比如用于應力、應變、位移等物理量的測量，但是由于其對應力、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。為了消除溫度/應力交叉敏感效應，人們通過巧妙結構設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結構的微擾而產生的，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域都有重要作用。

　　2.3 大范圍寬帶調諧濾波器

　　可調諧濾波器是密集波分復用系統(tǒng)（DWDM）的關鍵器件之一，并已應用于EDFA的動態(tài)增益平坦中；但普通光纖光柵濾波器的調諧范圍較窄，使其實際應用受到限制。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-硅混合波導微結構光纖光柵，如圖4（a）所示。該聚合物-硅混合波導微結構光纖光柵從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的大范圍帶寬調諧能力，可用來制造適用于大容量光通信領域的調諧濾波器等相關器件。

　　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也可應用于波分復用、光孤子通信、超窄光脈沖、多維傳感等領域。

　　3 展 望

　　本文介紹了國內外PCFG的最新寫制方法，并介紹了其在光通信及光傳感中的應用。在國內，我們課題組已率先寫制出PFBG，并對PFBG溫度和應變傳感特性進行了初步研究。在有關PCFG的機理分析、寫制方法和工藝技術等方面，我們已取得一些初步的成果。作者認為，通過改建、升級原有的普通光纖光柵寫入設備，利用已積累的光纖光柵制備技術經驗，可望在特種PCFG的寫制以及PCFG制作的標準化、工程化等方面取得突破。

　　隨著PCFG的成功制備以及對PCFG認識的加深，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。而研制結構新穎、功能優(yōu)異的各種基于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(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，并為設計、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用領域。