由 Philip St. J. Russell 的研究小组在 20 世纪 90 年代开创的
光子晶体光纤的发展和对各种可能应用的探索引起了人们的极大兴趣。该领域是光子带隙结构这一更广泛的领域的一部分，同时也利用了其他概念，可以被认为是当前
光学研究中最活跃的领域之一。部分原因是这些光纤在设计上提供许多自由度，以实现各种特殊性能，这使它们具有广泛的应用(见下文)。
:=9] c17= :0/q5_t 光子晶体光纤的制作
k6kM'e3V 气孔呈三角形图案，缺少中心孔。灰色区域表示玻璃，白色圆圈表示典型尺寸为几微米的气孔。
.@"q$\ (n1Bh~R^ )?2e 图1: 一种常用的实芯光子晶体光纤设计。
(Z}>1WRju 光子晶体光纤（也称为孔状光纤、孔辅助光纤、微结构光纤）的波导特性并非来自于空间变化的玻璃成分，而是来自排列紧密的微小气孔，这些气孔贯穿光纤的整个长度。这种气孔可以通过使用具有（较大）气孔的预制棒来获得，例如通过堆叠毛细管或实心管(堆叠管技术)并将它们插入一个较大的管中来制成。通常，首先将预制棒被拉伸成直径例如为1 mm 的棒，然后被拉伸成最终直径例如为125 μm 的光纤。
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I.pv+] 特别是软玻璃和聚合物（塑料）也可以通过挤压法制造光子晶体光纤的预制件。由于孔的排列方式千差万别，形成了具有不同性质的光子晶体光纤。所有这些光子晶体光纤都可以视为特种光纤。
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C {;h 图2:光子晶体光纤预制棒的检测。图片由南安普敦大学光电研究中心提供。
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j Y6MjZI 大多数 PCF 由纯熔融石英制成，这与上述制造技术兼容。然而，已经证明了由其他材料制成的各种 PCF 中 ，最值得注意的是重金属软玻璃和聚合物（塑料光纤），有时甚至用于太赫兹辐射。另一个有趣的方法也是用 3D 打印技术生产软玻璃 PCF 预制件。
"/]| Hhc{ ms_ VM>l 光子晶体光纤设计
5`]UE7gT 根据设计的不同，光波导的物理机制可能会有很大的不同。最重要的几种设计如下。
dtPoo\@ O,<IGO 三角形孔模式
Z vGgmLN 最简单(也是最常用)类型的光子晶体光纤具有三角形的气孔图案，其中一个气孔缺失(见图1)，即实芯被气孔阵列包围。这种光子晶体光纤的导向特性可以通过有效折射率模型大致地理解：缺失孔的区域具有更高的有效折射率，类似于传统光纤中的纤芯。这种制导原理可以在非常宽的
波长范围内工作；甚至可以在非常宽的
光谱范围内获得单模制导（无限单模光纤）。
j ,d*?'X CAT.4GM 光子带隙光纤
>|Q:g,I 还有所谓的光子带隙光纤（PBG 光纤），其具有完全不同的导向机制，基于包层区域的光子带隙，被认为是二维光子晶体。基于这种机制，人们甚至可以在空芯（即低折射率区域）中获得导向（见图2），从而使大部分功率在中心孔中传播。这种空气引导空芯光子晶体光纤（或空芯带隙光纤）可以具有非常低的非线性和极高的损伤阈值。
9]'($:LF08 光子带隙光纤通常仅在相对较窄的波长区域（例如100–200nm）内传导光，并且可以用于例如具有高强度的脉冲压缩，因为大部分功率在空芯中传播。
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<} jPXEB" E(Rh#+] Y5 图3:空心光纤末端的显微镜照片。照片由 NKT 光子公司提供。
z5*=MlZ)R. a{[+<8=@1 放大器和
激光器用有源光纤
0Y] 0!} 用于光纤
激光器和放大器的有源光子晶体光纤，可以通过使用稀土掺杂棒作为预制棒组件的中心元件。稀土掺杂剂（如镱或铒）倾向于增加折射率，但是这可以得到精确的补偿，例如在芯材或预制件中额外掺杂氟或在包层中掺杂锗，使得导向特性仅由光子微结构决定，而不是由传统类型的折射率差决定。例如，使用稀土掺杂的 PCF，可以实现在1微米区域工作的孤子锁模光纤激光器，其中光纤的色度色散通常在正常色散状态，但在合适的设计中可能会出现异常。然而，也可以通过在激光谐振器中加入色散修正的无源光纤来实现色散管理。
+uWYK9 对于高功率光纤激光器和放大器，可以使用双包层 PCF （图4 ),其中泵浦包层被空气包层区域（空气包层光纤）包围。由于非常大的折射率对比度，泵浦包层可以具有非常高的数值孔径（NA）,这显著降低了泵浦源对光束质量和亮度的要求。这种 PCF 设计还可以具有非常大的光纤芯模面积，同时仅引导单模，从而限制衍射输出，因此适用于极高的输出功率和极佳的光束质量。另一个优点是泵浦光远离任何聚合物涂层，因此避免了涂层过热可能造成的问题。
图4:具有空气包层的光子晶体光纤的结构。
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FA90`VOWYU 掺杂光子晶体光纤具有良好的特性，也可用于具有非常高的输出峰值功率的光纤啁啾脉冲放大系统。
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