2 光子晶体光纤光栅的应用

　　光纤光栅的出现是光纤技术发展的又一个具有里程碑意义的事件，在光通信及光传感领域获得极为广泛的应用。而PCF是在普通光纤波导结构变革上迅猛发展起来的、具有诸多奇异光学特性的玻璃硅导材料。随着PCF的研究深入及PCFG制备技术的完善，研制基于PCFG的新型光子器件也逐步成为光电子学领域的前沿课题。

　　2.1 外界折射率不敏感的PCFG

　　传统光纤光栅的包层谐振波是在空气硅界面上相干反射形成，如果光栅所处的外界环境发生变化，则其传输谱亦随之改变。虽然这种效应可以用来测量外部折射率、浓度等物理量；但是在测其它参量时，往往需要剔除外界环境变化因素，即需要具有对外界折射率不敏感的性质光纤光栅器件。实验表明：PCFG高阶泄露模基本不受光纤外部折射率的影响，写入的PCFG滤波性质由光纤横截面的气孔周期阵列结构及填充物的属性所决定，即PCFG对外界折射率具有良好的不敏感性质。我们认为，这主要是由于PCF的空气包层结构造成的：光波由纤芯耦合进入包层，当传播抵达内硅层与空气之间的界面时发生反射；这样包层模被局限在纤芯与周围最近的空气孔之间，基本没有能量的泄漏，即外界环境的变化不会影响其传输特性。这种对外界折射率不敏感的性质，用在传感领域可以剔除外界扰动因素，从而获得高精度的测量结果；用在通信领域则可使系统在不同环境下，如海洋、水库、油田等，保持光的传输性质不变。

　　2.2 对温度不敏感的PCFG

　　传统光纤光栅已在传感领域获得广泛应用，比如用于应力、应变、位移等物理量的测量，但是由于其对应力、温度都具敏感性，这种交叉敏感效应给应力、应变等力学参量感测带来误差。为了消除温度/应力交叉敏感效应，人们通过巧妙结构设计提出不少解决的办法。

　　利用热激成栅法及双光子吸收法写制的PCFG，是对PCF结构的微扰而产生的，本身具有对温度不敏感的性质，自然也就消除了温度/应力交叉效应。如Humbert. G.等人利用电弧加热的热激成栅法写制的PLPGs，在1595nm谐振峰处测得其温度灵敏度仅为9pm/oC，小于Eggleton等人写制的PCFG的温度灵敏度20 pm/oC，更远小于普通单模光纤光栅的温漂能力。又如普通FBG在500oC高温时就会被擦除，但N.Groothoff等人利用双光子吸收法写制的PFBG在500oC高温下的透射谱与常温下的透射谱几乎一样，具有良好的温度稳定性。这种对温度不敏感的PCFG在光通信及光传感领域都有重要作用。

　　2.3 大范围宽带调谐滤波器

　　可调谐滤波器是密集波分复用系统（DWDM）的关键器件之一，并已应用于EDFA的动态增益平坦中；但普通光纤光栅滤波器的调谐范围较窄，使其实际应用受到限制。2000年，B.J.Eggleton、P.S.Westbrook 等人，在PCF上（纤芯掺锗），写入PLPG，其周期为550。然后在PCF的包层气孔中注入丙烯酸聚合物，其在室温下的折射率略大于硅玻璃的折射率，并通过紫外光照射加速聚合物的凝固，从而制备出聚合物-硅混合波导微结构光纤光栅，如图4（a）所示。该聚合物-硅混合波导微结构光纤光栅从25~120oC的温度区间，其谐振波长漂移量超过100nm，为普通FG的10倍以上，如图4（b）所示，其中的谐波是纤芯基模与低阶包层模耦合产生的。他们利用聚合物折射率随温度增加而减小的特性，获得了超过100nm的大范围带宽调谐能力，可用来制造适用于大容量光通信领域的调谐滤波器等相关器件。

　　此外，PCFG作为高反元件，PCFG还可以用于光纤激光器的腔镜制作；也可用于全PCF的Mach-Zehnder干涉仪。另外，随着研究的深入，PCFG也可应用于波分复用、光孤子通信、超窄光脉冲、多维传感等领域。

　　3 展 望

　　本文介绍了国内外PCFG的最新写制方法，并介绍了其在光通信及光传感中的应用。在国内，我们课题组已率先写制出PFBG，并对PFBG温度和应变传感特性进行了初步研究。在有关PCFG的机理分析、写制方法和工艺技术等方面，我们已取得一些初步的成果。作者认为，通过改建、升级原有的普通光纤光栅写入设备，利用已积累的光纤光栅制备技术经验，可望在特种PCFG的写制以及PCFG制作的标准化、工程化等方面取得突破。

　　随着PCFG的成功制备以及对PCFG认识的加深，各种基于PCFG的光子器件的研制，如各种PCFG激光器、PCFG放大器、PCFG滤波器以及PCFG多维传感器等，也将随之兴起和发展。而研制结构新颖、功能优异的各种基于PCFG的新型光子器件，结合应用具有“奇异”光学特性的PCF，将给光纤技术的深远发展带来重大突破，为光通信与光传感的发展提供新思路、新方法及新技术，并为设计、研制基于PCFG的新一代性能优异的光子器件开辟广阔的应用领域。