光学薄膜与光子晶体及光子光纤介绍

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人类模仿天然晶体特性进行设计的具有代表性的光学元件就是介质多层膜。当介质呈规则结构时，所产生的特殊反射现象为布拉格反射。对X射线来说，它是这样一种现象：当呈埃级尺寸的规则的原子排列时，每个原子的散射引起干涉，向特定方向以高反射率反射。介质多层膜是将有折射率差的介质以1/4波长或1/2波长的厚度有规律地堆积而成，可称之为人工一维晶体。但与布喇格晶体不改变晶格间距相比，通过设计通过优化介质多层膜的介电常数、厚度，人工赋予其必要的特性。
光子晶体或光子光纤均是通过微细结构控制光的发生和传播有。光子晶体是因与电子晶体相类似派生出的一种人工晶体，在活性中心周围形成规则结构，其三维结构的干涉效应可以禁止活性中心所产生的光对周围的传播。不传播光与不产生光是等效的。因而，通过周围折射率分布结构，可以形成不发射活性中心光的禁带能级结构。这与半导体晶体的禁带相类似。若能成为禁带会有某种好处。不能产生光的活性中心因不能自然发射光而形成很大的逆向分布，直到受激发射分布概率变大也不出现光损耗。
结果激光振荡阈值变低，以致于使自然发射与受激发射无法区别，由此，人们期待出现无阈值激光。实际上，用面发光半导体激光器，实现了极低激励电流的激光振荡。如果对禁止发光反而成为低阈值这一点难以理解，那么就要想到对由高反射率反射镜组成的法布里—珀罗谐振器注入能量，则光束从相反方向输出。若无内部损耗，则干涉效应完全起作用，就能实现无阈值激光振荡。光子光纤若构成二维截面结构，就能制作出控制光传播的光子光纤。现已开发出各种形状的光子光纤，这种光纤可以使脉冲光传播不分散，特别适用于光通信。另外，若对中心部分的芯线入射飞秒激光的强脉冲，则会引起自相位调制，使光谱范围变大。而光子光纤无分散特性允许自相位调制无损耗地持续进行，结果短的光子光纤也能产生从紫外到红外的超白光，这种超白光能进行光学补偿，成为使光频标准高精度化的最佳方法。
随着光纤通信的宽带化和频率密度的提高，在光通信中，必须利用补偿发生器等的频率基准。