非线性光纤光学
非线性光纤光学第一章-绪论
损失
n2
消逝波
A全反射
n1 n2
不同入射角的光线
• 不是所有的光线能够在光纤内传输,只有一定角度范围内的光线产生的折射光线 才能在光纤中传输。假如在光纤端面的入射角是 ，在波导内光线与垂直于光纤 轴线的夹角是 。 > c(临界角)的光线将发生全反射，而 < c的光线将进入包 层泄漏出去。
• 为了光能够在光纤中传输，入射角 必须要能够使进入光纤的光线在光纤内发生
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改进的化学气相沉积法(MCVD) 贝尔实验室在1974年开发
MCVD法的特点:在石英反应管（衬底管）内沉积内包层 和芯层的玻璃,整个系统处于封闭的超提纯状态下。
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35
等离子气相沉积法(PCVD)
菲利浦公司、荷兰消费 电子和电信公司在1975 年联合开发。 它不同于MCVD的地方 在于加热反应区的方法 不是通过燃烧灯把热量 从外部传输进去,而是利 用微波激活气体，使气 体电离成为等离子，即 离子化气体，简称等离 子体。
根据纤芯折射率径向分布的不同,可分为: 阶跃型（均匀）光纤和渐变型（梯度）光纤
阶跃光纤(a)与渐变光纤(b)的横截面和折射率分布
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光纤的类型（2）
✓ 光纤的芯径、折射率差（）、所使用波长可传播的模的 数量不同
✓ 多模光纤 2a=50 m
✓ 单模光纤 2a=4~10 m 外径:2b=125m
单模光纤和多模光纤
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✓ 光子晶体光纤——PCF
折射率导引光纤 （TIR-PCF〕
光子带隙导引光纤 （ PBG-PCF〕
晶格：三角空气柱包层＋Silica柱芯 原理：低等效包层折射率－全内反射 特性：次高阶模截止带宽内单模传输
晶格：六角空气柱包层＋空气柱芯 原理：光子带隙限制局域单模传输 特性：带隙窗口(数m)内单模传输
光纤通讯技术中的非线性光学研究
光纤通讯技术中的非线性光学研究随着人类社会需求的不断增长以及科技的快速发展，通讯技术也在不断提升。
光纤通信技术因其高速、高带宽、长传输距离、低损耗等优越的特性被广泛应用于现代通信系统中。
在光纤通信技术的发展过程中，非线性光学研究起着至关重要的作用。
首先，什么是非线性光学研究？非线性光学是波动光学的一个分支，研究光在非线性介质中传播时的现象和特性。
光线在介质中传播时，会与介质中的电子、原子或分子相互作用，这就会产生非线性光学现象。
非线性光学研究的内容包括非线性光学效应、混频和非相干噪声等。
在光纤通讯技术领域，非线性光学研究主要集中在以下几个方面：一、非线性光学效应非线性光学效应是非线性光学研究的核心内容之一。
光在光纤中的传输过程中，会受到热效应、色散效应、自相互作用效应和外相互作用效应等多种非线性光学效应的影响。
其中，最重要的非线性效应是自相互作用效应。
它会导致光在传播过程中的强度、频率和相位等发生变化，从而影响到光通信的传输质量和速度。
二、光子学器件的研究非线性光学现象可用来制造一些光子学器件，如光纤放大器、光纤陷阱、光纤网络、波长转换器、光时钟等。
这些光子学器件具有多种优异特性，如大增益、快速响应、低噪声和高稳定性等。
其中，光纤放大器可在光信号传输过程中不断放大信号，从而使信号传输距离更远、传输速度更快，具有重要作用。
三、纤芯结构优化研究非线性光学现象还可以实现光纤中的信号传输优化，提高传输速度和距离。
通常，光纤中的非线性效应会导致光信号的色散、衰减和失真等问题。
通过对光纤的结构进行优化设计，如增加光纤直径和改变光纤芯层结构等，可以有效抑制非线性效应的产生，提高光纤的带宽、传输距离和传输质量。
总之，非线性光学研究在光纤通讯技术中具有重要意义。
通过深入研究非线性光学现象，可以降低光纤通讯中的错误率和噪声，提高光纤通信的传输速度和距离，同时实现更加稳定和可靠的光纤通讯系统。
未来，随着通讯需求的不断变化和技术的不断发展，非线性光学研究将会在光纤通讯技术领域中发挥更加重要的作用。
非线性光纤光学-第五章-光孤子
➢ 孤子的物理理解： ✓ 光孤子由色度色散和自相位调制的结合而形成。 ✓ 通过选择适当的波长和脉冲形状，激光产生孤子波形， 孤子波形通过
自相位调制抵消掉色度色散，从而保持波形不变。 ✓ 色度色散和啁啾(chirp)彼此抵消，从而产生孤子。
光孤子的数学描述
➢ 非线性薛定谔方程(NLS) 从数学上描述光孤子需要用到前面介绍的NLS，
✓ 随着波分复用技术的出现，色散管理技术被普遍采用，它通过周期性色散图从 总体上降低GVD，而在局部GVD则保持较高值。β2的周期性变化形成另一个光栅， 可以显著影响调制不稳定性。在强色散管理情况下（相对大的GVD变化），调制 不稳定性增益的峰值和带宽均减小。
✓ 调制不稳定性在几个方面影响WDM系统的性能。研究表明，四波混频的共振增强 对WDM系统有害，特别是当信道间隔接近调制不稳定性增益最强的频率时，使系 统性能明显劣化。积极的一面是，这种共振增强能用于低功率、高效的波长变 换
A z
i 2
2
2 A T 2
1 6
3
3 A T 3
i
|
A |2
A
2
A
为了简化孤子解，首先忽略光纤损耗和三阶色散，并引入归一化参量
U A , z , T
P0
LD
T0
输入脉冲宽度
归一化的方程为：
峰值功率
LD
T02
| 2
色散长度 |
i U
sgn(2
)
1 2
2U
2
N2
U 2U
N 2 LD
P0T02
第五章 光孤子
1.调制不稳定性 2.光孤子 3.其他类型孤子 4.孤子微扰 5.高阶效应
1.调制不稳定性
非线性光纤光学 第二章-脉冲在光纤中的传输
(1) ~ (r , ) 1 ( r , )
一般式复数，其实部和虚部分别与折射率 n( ) 及吸收系数 ( )有关。 定义 于是得到
(n ic 2 ) 2
cn c (n ic 2 ) n i 2
各模式能否在光纤中传播而成为导模，是由光纤的实际归一化频率 （V）与模式的归一化截止频率（Vc）的相对大小决定的。如果光纤 的归一化频率大于某一模式的归一化截止频率，则这个模式能在光纤 中传播，成为导模；如果光纤的归一化频率小于某一模式的归一化截 止频率，则这个模式被截止，不能在光纤中传播。即 导模条件
几个归一化参数
归一化工作频率：
V
2
0
2 a n12 n2 k0 an1 2
ห้องสมุดไป่ตู้
归一化横向传播常数： 归一化横向衰减常数： 有效折射率： 归一化传输常数：
U a n12 k02 2
2 2 W a 2 n2 k0
neff / k0
W b 2 2 2 V n1 n2
磁感应强度磁感应强度电位移矢量电位移矢量电场强度电场强度磁场强度磁场强度电流密度电流密度自由电荷密度自由电荷密度光纤是无自由电荷的介质因此有要能从给定的电流和电荷分布唯一地确定各个场矢量要能从给定的电流和电荷分布唯一地确定各个场矢量还必须对麦还必须对麦克斯韦方程组补充一些描述物质在电磁场作用下的特性的经验关系克斯韦方程组补充一些描述物质在电磁场作用下的特性的经验关系它们称为它们称为物质方程物质方程
介质磁导率
极化强度
B H r 0H
J E
介质相对磁导率
真空磁导率
介质电导率
光纤通信系统中的非线性光学效应的分析与降噪方法
光纤通信系统中的非线性光学效应的分析与降噪方法光纤通信系统已成为现代通信领域中最重要的传输介质之一，其具有宽带、高速、低损耗等优点，在各种通信应用中得到了广泛应用。
然而，随着通信容量的不断增加，光纤通信系统中的非线性光学效应逐渐显现出来，给通信质量和性能带来了严重挑战。
因此，对光纤通信系统中的非线性光学效应进行分析，并提出有效的降噪方法，成为了当前研究的热点之一。
1. 非线性光学效应的分析在光纤通信系统中，非线性光学效应主要包括自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、光泵浦效应（FWM）等。
这些效应主要是由于光在传输过程中与纤芯材料的非线性特性相互作用所产生的。
首先，自相位调制（SPM）是由于光在传输过程中的光强非线性效应引起的。
当信号光功率较高时，光波在光纤中传输过程中将受到自身的相位调制作用，导致相位失真和频率扩展现象，进而产生串扰和失真。
其次，交叉相位调制（XPM）是由于光在光纤中与其他光波相互作用而引起的。
在多波长传输系统中，由于不同波长的光波共同传输在同一根光纤中，它们之间会发生相互作用。
这种相互作用将导致其他通道的光波受到干扰，使信号的质量受到损害。
光泵浦效应（FWM）是由于非线性介质中的光强非线性导致的。
在光纤通信系统中，不同波长的光波会在光纤中同时存在，它们之间可能会发生非线性耦合作用，从而导致信号的干扰和失真。
2. 非线性光学效应的降噪方法为了有效降低光纤通信系统中的非线性光学效应所带来的干扰，研究者们提出了多种降噪方法。
第一，增加系统的带宽。
通过增加系统的带宽，可以提高光纤通信系统的信息传输能力，使光信号在传输过程中的功率密度降低，从而减小非线性光学效应的影响。
这一方法通常采用增加激光的发射带宽或者调制信号的带宽。
第二，采用调制格式和编码技术。
通过采用合适的调制格式和编码技术，可以有效地降低非线性光学效应的影响。
例如，使用相对低复杂度的相干调制格式，如QPSK和16QAM，能够减少非线性效应带来的失真。
非线性光纤光学
∫ π +∞ e−α 2x2 eβxdx =
e β 2 4α 2
−∞
α
频谱：
U
(0, ω )
=
⎜⎛ ⎝
2π Δω 2
⎟⎞1 ⎠
2
− (ω −ω0 )2
e 2Δω 2
U
(z,ω)
=
U
−j
(0,ω)e 2
β2
(ω −ω0
)z
( ) Δω = 1+ C 2 1 2 T0
脉冲的时域演化：
U (z,t) =
非线性光纤光学
第三部分 自相位调制
SPM－Self Phase Modulation
陈根祥 北京交通大学 2006•秋
内容
¾ SPM频率啁啾效应与谱展宽 ¾ GVD与SPM的共同影响 ¾ 光孤子 ¾ Summary & Comments
北京交通大学 Beijing Jiaotong University
U
(0, T
)
=
⎡ exp ⎢−
⎢⎣
⎜⎜⎝⎛
T T0
⎟⎟⎠⎞2m
⎤ ⎥ ⎥⎦
经无色散非线性光纤传输后的频率啁啾为：
δω(T )
=
2m T0
zeff LNL
⎜⎜⎝⎛
T T0
⎟⎟⎠⎞
2
m
−1
exp
⎡ ⎢− ⎢⎣
⎜⎜⎝⎛
T T0
⎟⎟⎠⎞
2
m
⎤ ⎥ ⎥⎦
北京交通大学 Beijing Jiaotong University
SPM：
在时间轴上，频率啁啾总是从负到正 在传输过程中脉冲光谱展宽，有新频率产生 在零色散点，尽管光谱发生了变化但脉冲形状不变 啁啾特性与初始脉冲形状紧密相关 当存在色散时，SPM将导致脉冲形状的急遽变化
第六章光纤非线性
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第六章 光纤中的光学非线性
非线性传输方程 自相位调制（SPM） 交叉相位调制（XPM） 四波混频（FWM） 受激非弹性散射 光纤中的光学孤立子
光纤非线性的起因:非线性折射率
微观——电子在强场作用下对简谐运动的偏离 宏观——介质在外场作用下的非线性极化
电极化强度矢量
P = ε 0 χ (1) ⋅ E + χ (2 ) : EE + χ (3 ) EEE +
极化强度 真空介电常数
[
]
线性响应
极化率张量
非线性响应
外电场
7
非线性传输方程
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非线性传输方程的获得——时域传输方程
二阶色散、光纤损耗、非线性
∂A( z, ω − ω0 ) + ∂z
[ j(ω − ω0 )]
n
β2 2 2 j β1 (ϖ − ϖ 0 ) + (ϖ − ϖ 0 ) A( z, ω − ω0 ) = − jγ A A( z, ω − ω0 ) 2
= ∆n n2 = E n2 ψ
2
A
2
∆β =
n2 k0 ∫ ψ ds
4 s
有效面积
2 2
∫
s
ψ ds
2
2
ψ ds ∫s
2
2
2 ψ ds A = γ A 令， ∫ Aeff = s 4 ∫ ψ ds s
非线性系数
n2 k0 γ= Aeff
光纤通信中的非线性光学效应研究与应用
光纤通信中的非线性光学效应研究与应用随着互联网和数字通信技术的快速发展，光纤通信已成为现代通信领域的重要组成部分。
而要实现高速、高带宽的光纤通信，非线性光学效应的研究与应用显得尤为重要。
本文将探讨光纤通信中的非线性光学效应的研究现状、原理及其应用。
一、非线性光学效应的概念和原理在光纤中，当光的强度达到一定程度时，光的电磁波属性将会发生明显改变，这种变化被称为非线性光学效应。
非线性光学效应中常见的有自相位调制（SPM）、自发强度调制（SIM）、四波混频（FWM）等。
非线性光学效应的原理是基于介质对光的响应与其光强的非线性关系。
光纤中的非线性效应是由非线性极化率所引起的，这种极化率与光强相关。
当光强增强时，非线性极化率的变化将会导致光的传输特性发生改变，进而影响光纤通信系统性能。
二、非线性光学效应的研究现状在过去的几十年里，非线性光学效应在光纤通信领域得到了广泛的研究与应用。
研究者通过对非线性光学效应的深入研究，不仅揭示了其物理机制，还提出了许多有效的光纤通信系统性能优化方法。
首先，研究者通过理论分析和实验验证，深入研究了非线性光学效应对光纤通信系统的影响机制。
他们发现，在高速、长距离光纤通信系统中，非线性光学效应会对光信号的传输质量产生显著的影响，导致信号的失真和衰减。
其次，研究者通过改变光纤材料的结构和光信号的调制方式，提出了一系列有效的非线性光学效应控制方法。
例如，通过控制光信号的光强分布，可以减小非线性光学效应的影响，提高传输系统的性能。
此外，研究者还通过引入非线性光学效应的特殊调制技术，提高了光纤通信系统的传输速率和容量。
光纤通信系统中的非线性光学效应可以用于实现光的调制、调制解调器和光时钟等功能，进一步提高了系统的性能和功能。
三、非线性光学效应的应用非线性光学效应在光纤通信中有着广泛的应用前景。
以下将介绍几个非线性光学效应在光纤通信系统中的具体应用。
1. 光纤光学参量放大器光纤光学参量放大器（OPA）是利用非线性光学效应的能力而设计的一种放大器。
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2014年春季学期研究生课程考核（读书报告、研究报告）第 1 页（共页）光子晶体光纤简介摘要：光子晶体光纤是近年来出现的一种新型光纤，其特点是包层排列有规则或随机分布的波长量级的空气孔。
包层中的微结构使得光子晶体光纤能够呈现出许多传统光纤不具备的特性，，在光纤通信、色散补偿以及非线性光学等领域有着广泛的应用.一历史背景光子晶体光纤的概念最早在1992年由St.J.Russell等人提出[1]，其初衷是要在光纤中引入光子带隙效应实现对光的导引。
受到制备工艺的限制，直到1996年首根光子晶体光纤才成功问世，光纤横截面如图1-1(a)所示。
该光纤具有独特的无尽单模传输特性，在学术界和产业界引起极大的轰动。
然而研究发现，该光纤虽然具有周期性的包层结构，但遵循的是传统光纤的全反射型导光机制(Total Internal Reflection，TIR)，并未利用光子带隙效应。
进一步分析表明，这一类光纤的传输特性并不依赖于包层气孔的周期排布。
在特定条件下，无序排布的气孔结构也可以实现无尽单模传输。
人们将这一类光纤称为全内反射型光子晶体光纤(TIR-PCF)或折射率导引型光子晶体光纤。
TIR-PCF的成功研制为光子晶体光纤的定义增添了新内容，并开启了光子晶体光纤技术研究的序幕。
图1-11998年，J.C.Knight等人研制出依靠光子带隙效应导光的首根真正意义上的“光子晶体”光纤，如图1-1(b)所示。
区别于TIR-PCF，人们将这一类光纤称为光子带隙型光纤(PBG-PCF)。
1999年，R.F.Cregan等人成功研制出大空气芯导光的PBG-PCF。
以空气作为传光介质意味着超低的传输损耗、超低非线性以及超低色散传输，这在传统光纤中是难以实现的。
PBG-PCF的问世宣告光子晶体光纤全面登上历史舞台。
自此，光子晶体光纤进入高速发展阶段，并迅速占领众多科技领域的研究最前沿[2]。
目前，光子晶体光纤的应用研究己经逐渐覆盖到通信、传感、非线性光学、光谱学，乃至生物医学等众多科技领。
随着研究的进一步深入，各种新型光子晶体光纤仍在不断涌现，基于光子晶体光纤的新应用同样日渐丰富。
二光子晶体2.1基本概念光子晶体（Photonic Crystal）是在1987年由S.John和E.Yablonovitch分别独立提出，是由不同折射率的介质周期性排列而成的人工微结构。
从材料结构上看，光子晶体是一类在光学尺度上具有周期性介电结构的人工设计和制造的晶体。
光子晶体具有波长选择的功能，可以有选择地使某个波段的光通过而阻止其它波长的光通过其中。
图2.1-1分别为一维到三维的光子晶体。
图2.1-1同时，由于介电常数存在空间上的周期性，引起空间折射率的周期变化.在周期性介质中，电场满足麦克斯韦波动方程：(2-1)式中，为常数，可以认为是介质的平均介电常，是扰动介电常数，c为真空中的光速。
在周期性势场中，电子的波函数满足薛定愕方程：(2-2)式中，为普朗克常数，为电子的能量，在周期性势场中只能取本征值.可以看出，方程(2-1)与(2-2)的形式完全相似.在周期性势场中只能取本征值，因此，在周期性介电晶体中，也只能取某些特征值，光波的频率也因此只能取某些本征频率，从而出现了频率禁带，这种禁带叫做光子禁带或者光子带隙[3]，如图2.1-2所示。
图2.1-2频率落在禁带中的光或电磁波是被严格禁止传播的。
因此，光子晶体就是折射率呈周期分布的光学介质。
与半导体晶格对电子波函数的调制相类似，光子带隙材料能够调制具有相应波长的电磁波---当电磁波在光子带隙材料中传播时，由于存在布拉格散射而受到调制，电磁波能形成能带结构。
能带与能带之间出现光子带隙。
能量处在光子带隙内的光子，不能进入该晶体。
光子晶体和半导体在基本模型和研究思路上有许多相似之处，原则上人们可以通过设计和制造光子晶体及其器件，达到控制光子运动的目的。
2.2光子晶体光纤光子晶体光纤又名微结构光纤(Microstructured optical fiber，MOF)或多孔光纤 (Holeyfiber，HF)，它通过包层中沿轴向排列的微小空气孔对光进行约束，从而实现光的轴向传输。
光子晶体光纤以其独特的波导结构，灵活的制作方法，使得PCF与常规光纤相比具有许多奇异的特性，有效地扩展和增加了光纤的应用领域。
图2.2为各种不同结构的光子晶体光纤。
图2.2 各种不同结构的光子晶体光纤2.2.1光子晶体光纤的导光原理[4]根据纤芯引入缺陷态的不同 , PCF导光机理可以分为两类:全内反射型和光子带隙型。
a．全内反射型 PCF导光原理周期性缺陷的纤芯折射率 (石英玻璃 )大于周期性包层折射率 (空气 ) ,从而使光能够在纤芯中传播,这种结构的 PCF导光机理依然是全内反射 ,但与常规G.652光纤有所不同 ,由于包层包含空气 ,所以这种机理称为改进的全内反射 ,如图 2-1所示。
这是因为空芯 PCF中的小孔尺寸比传导光的波长还小的缘故。
图2-1b．光子带隙型 PCF导光机理[5]理论上求解光波在光子晶体中的本征方程即可导出实芯和空芯 PCF的传导条件 ,即光子带隙导光理论。
在空芯 PCF中形成周期性的缺陷是空气,空气芯折射率比包层石英玻璃低 ,但仍能保证光不折射出去 ,这是因为包层中的小孔点阵构成光子晶体。
当小孔间距和小孔直径满足一定条件时 ,其光子能隙范围内就能阻止相应光传播 ,光被限制在中心空芯之内传输。
如图 2-2所示 ,这种 PCF可传输 99%以上的光能 ,而空间光衰减极低 ,光纤衰减只有标准光纤的 1 /2～1 /4。
图2-2空芯PCF光子能隙传光机理具体解释为：在空芯PCF中形成周期性的缺陷是空气，传光机理是利用包层对一定波长的光形成光子能隙，光波只能在空气芯形成的缺陷中存在和传播。
虽然在空芯PCF中不能发生全内反射，包层中的小孔点阵结构起到反射镜的作用，使光在许多小孔的空气和石英玻璃界面多次发生反射。
三不同种类的光子晶体光纤光子晶体光纤的种类多种多样，下面简单介绍几种。
图3为不同种类的光子晶体光纤示意图。
1. 高非线性光子晶体光纤高非线性光子晶体光纤中的光是在由周期性排列的硅材料空气孔围成的实心硅纤芯中传输。
通过选择相应的纤芯直径，零色散波长可以选定在可见光和近红外波长范围(670nm~880nm)，使得这些光纤特别适合于采用掺钛蓝宝石激光或Nb3+泵浦激光光源的超连续光发生器。
Blazephotonics的光子晶体光纤非线性效应可达245W-1km-1，可用于频率度量学、光谱学或光学相干摄影学中超连续光发生器。
2. 宽带单模光子晶体光纤常规单模光纤实际上是波长比二次模截止波长小的多模光纤，而宽带单模光子晶体光纤是真正意义上的单模光纤。
这种特性是由于其包层由周期性排列的多孔结构构成。
Blazephotonics的宽带单模光子晶体光纤的损耗低于0.8dB/km，主要用于空间单模场宽带辐射传输，短波长光传输，传感器和干涉仪。
3. 保偏光子晶体光纤传统保偏光纤双折射现象由纤芯附近差异热扩张的合成材料形成，当光纤在拉制降温过程中差异热扩张产生压力。
相反保偏光子晶体光纤是由非周期结构纤芯中空气和玻璃的大折射率差而形成双折射现象，从而得到更小的拍长，减小偏振态和保偏消光比之间的耦合曲率。
例如Blazephotonics的保偏光子晶体光纤还有比传统保偏光纤低得多的温度敏感性，其拍长可小于4mm(1550nm波长)，损耗小于1.5dB/km。
主要用于光传感器、光纤陀螺和干涉仪。
4. 超连续光谱发生器的光子晶体光纤超连续光子晶体光纤是特别设计用来把一种新的Q变换Nb3+微芯片激光器变成一种结构紧密，低成本，谱宽覆盖550nm~1600nm范围，平坦度好于5dB的超亮光超连续光源。
由于有较好的色散系数，20m长的这种光纤就可以实现与脉冲为1ns，重复率为6k，与1064nm平均功率为几十毫瓦激光器具有几乎相同的变换效率。
超连续光源主要应用于光子学设备的测试、低相干白光干涉计、光相干摄像和光谱学中。
5. 大数值孔径多模光子晶体光纤大数值孔径多模光子晶体光纤中的光是在由同心环的硅材料空气孔围成的实心硅纤芯中传输。
由于实心纤芯和包层的大折射率差，使得该光纤数值孔径比全硅多模光纤大得多。
大数值孔径增加了从白炽灯或弧光灯热光源和从低亮度半导体激光器获取光的能力。
这种光纤在633nm处数值孔径可达0.6，主要应用于白炽灯或弧光灯光的传输、低亮度泵浦激光的传输以及光传感器中。
图3 不同种类的光子晶体光纤示意图四光子晶体光纤的主要特性[6]PCF有如下特点：结构设计灵活，具有各种各样的小孔结构;纤芯和包层折射率差可以很大;纤芯可以制成多种样式;包层折射率是波长函数，包层性能反映在波长尺度上。
因此PCF有许多特性,这样有效地扩展和增加了光纤的应用领域。
1. 无截止单模。
光子晶体光纤在其空气孔径与孔间距之比小于0.2时, 无论什么波长都能单模传输, 与传统光纤随着纤芯尺寸的增加会出现多模化的特性比; 似乎不存在截止波长,这就是无截止单模传输特性. PCF 可在从蓝光到2的光波下单模传输, 且与光纤的绝对尺寸无关, 所以通过改变空气孔间距来调节模场面积. 小模场有利于非线性产生，大模场可防止发生非线性。
这有利于提高或降低光学非线性, 可用在低非线性通信用光纤, 高光功率传输等方面。
2. 灵活的色度色散。
真空中材料色散为零，空气中的材料色散也非常小，空气芯PCF的色散非常特殊。
由于光纤设计很灵活，就光子晶体光纤的结构特征来说，它对波导色散有较高的控制性. 只要改变孔径与孔间距之比, 即可达到很大的波导色散，还可使光纤总色度色散达到所希望的分布状态, 例如零色散波长可以向短波大大推进, 具有优性质的色散平坦等等.3. 良好的非线性效应。
在光子能隙导光PCF中, 可以通过减小光纤的模场面积 (或者减小PCF纤芯空气孔直径)来增强单位有效面积上的光强,从而增强非线性效应, 使光子晶体光纤同时具备强非线性和快速响应的特性.根据现有的技术水平, 各种典型非线形光纤器件的非线性环形镜等就可以比普通光纤短100倍.这一特性为制造大有效面积PCF奠定了技术基础.4. 高双折射效应。
在PCF 中,通过改变其包层结构可制出高双折射效应的PCF, 只要破坏光子晶体光纤剖面的圆对称性, 使其成为二维结构就可以形成很强的双折射. 实际中可通过减少一些空气孔,或者改变一些空气孔的尺寸来获得高的双折射特性。
5. 光子晶体光纤的非线性现象减小光纤模场面积，可增强非线性效应，从而使光子晶体光纤同时具有强非线性和快速响应特性。
常规光纤有效截面积在50-100μm量级，而光子晶体光纤可以做到1μm量级，所以各种典型非线性光纤器件如科尔光闸、非线性环形镜等就可以做成比普通光纤短100倍。