光纤集成式平面光子晶体SPR传感实时定量监测系统

光子晶体光纤按照其导光机理可以分为两大类:折射率导光型(IG-PCF)和带隙引导型(PCF)。带隙型光子晶体光纤能够约束光在低折射率的纤芯传播。第一根光子晶体光纤诞生于1996年，其为一个固体核心被正六边形阵列的圆柱孔环绕。这种光纤很快被证明是基于内部全反射的折射率引导传光。真正的带隙引导光子晶体光纤诞生于1998年。带隙型光子晶体光纤中，导光中心的折射率低于覆层折射率。空心光子晶体光纤(Hollow-core PCF,HC-PCF)是一种常见的带隙型光子晶体光纤。光子晶体光纤主要通过堆叠的方式拉制而成，有些情况下会使用硬模(die)来辅助制造

折射率引导型光子晶体光纤具有无截止单模特性 、大模场尺寸 /小模场尺寸和 色散可调特性(调节d,Λ等，无须掺杂)等特性。被广泛应用于色散控制 (色散平坦，零色散位移可以到800nm)，非线性光学 (高非线性，超连续谱产生)，多芯光纤 ，有源光纤器件(双包层PCF有效束缚泵浦光)和光纤传感等领域。

空隙带隙型光子晶体光纤具有易耦合，无菲涅尔反射，低弯曲损耗、低非线性和特殊波导色散等特点被广泛应用于高功率导光，光纤传感和气体光纤等方面。光子晶体光纤的发展为光纤传感开拓了广阔的空间，尤其是在生物传感和气体传感方面为光纤传感技术带来新的发展。

光子晶体在光纤领域的研究已多年,主要研究内容是具有高折射率的周期性微结构光纤,最典型的是在SiO2 材料环境中的周期性气孔结构,通常被称为光子晶体光纤( PCF)。 光子晶体光纤(PCF)又称为多孔光纤(Hole fiber),它由纯SiO2 和空气孔构成, 其横截面是沿轴向周期性均匀分布的圆空气孔, 在芯区位置周期性被破坏形成缺陷, 光就可以沿缺陷传播。PCF 可以分为两类:全内反射光子晶体光纤(TIR-PCF) 和光子带隙PCF 。通过对PCF 的结构进行设计可以获得许多独特的特性:无截止单模特性、模式双折射以及高非线性特性等。PCF 独特的色散特性可以应用于色散补偿、脉冲压缩、光孤子形成和受激拉曼散射增强等方面, 正成为研究热点。高双折射PCF 将应用于制作高性能的保偏光纤和光子器件的偏振保持等领域。

它可以分成2类: 第1种具有高折射率纤芯(如SiO2 ) ,二维光子晶体结构包层,一般与纤芯是同种材料,特性类似传统光纤,纤芯折射率比包层的有效折射率高, 导波方式与全反射( TIR)原理类似而并不依赖光子禁带效应( PBG) ,所以称为全内反射光子晶体光纤( TIR-PCF) ; 第2种的包层结构表现出PBG效应,从而把光束缚在纤芯区域,称为光子禁带光子晶体光纤( PBG-PCF)。真正的PBG-PCF直到最近才被实验证实,而TIR-PCF早已被制作出来并对其开展了广泛的研究。

自然界中也不乏存在很多光子晶体结构，比如 SiO2沉淀而成的蛋白石(opal)、蝴蝶翅膀和蠕虫的刚毛，蛋白石是由二氧化硅纳米球堆积而成，其结构存在周期性而具有光子带隙，由于带隙位置不同，不同频率的自然光被反射。蓝蝶翅膀上如彩虹般的蓝色光辉在半公里外就能看见，因为其角质层分立的层状结构形成了光子带隙，它斑斓的色彩是选择性反射日光的结果。蠕虫刚毛的横截面是一种六角光子晶体结构，整个长度可看成是一个伪光子晶体光纤。该结构具有高度的空间周期性，含有部分光子带隙，可横向观察到彩虹膜。

光子晶体根据周期结构的空间性划分，可以分成 1D 光子晶体、2D 光子晶体和3D 光子晶体三种类型， 在一维光子晶体中，某一方向的折射率呈周期分布，一定频率范围内的光在这一方向被严格禁止，而在折射率均匀分布的其它两个方向任意传输;在二维光子晶体中，频率范围内的光禁止在折射率呈周期分布的任意两个方向传播，而在另外一个方向上，其折射率均匀分布光可任意传输;三维光子晶体中，三个方向的折射率均呈现周期分布，一定频率范围内的光禁止传播。在传感和通信领域广泛应用的Bragg 光纤光栅就是一维光子晶体的典型例子。Thomas Krauss 在 1996 年拉制成功光学尺寸上第一个二维光子晶体光纤。1991 年首个人造三维光子晶体是由Yablonovitch 制作成功的，该光子晶体处于微波波段。

此后，众多的专家和学者开展了大量的实用技术研究，不断完善和提高理论分析与制造工艺，设计并制作出各种具有优良性能的新型光子晶体器件，如:高 Q 值1D 2D3D 微腔、通道复用/解复用器、线性波导、光开关、光放大器等，成为了近年来光学与光电子学研究的新热点。