光子晶體光纖(Photonic  Crystal  Fiber，PCF)，也稱為微結(jié)構(gòu)光纖(Microstructure   Optical   Fiber，MOF)，它具備許多獨(dú)特而新穎的物理特性，如：可控的非線性、無盡單模特性、可調(diào)節(jié)的奇異色散、低彎曲損耗、大模場等特性，這些特性是常規(guī)石英單模光纖所很難或無法實(shí)現(xiàn)的.因此，微結(jié)構(gòu)光纖引起了國外科學(xué)界的廣大關(guān)注，隨著微結(jié)構(gòu)光纖制造工藝技術(shù)的進(jìn)步，微結(jié)構(gòu)光纖的各種指標(biāo)已取得了突破性進(jìn)展，各種微結(jié)構(gòu)光纖新產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生.它不僅應(yīng)用到常規(guī)光通信技術(shù)領(lǐng)域，而且廣泛地應(yīng)用到光器件領(lǐng)域，如：高功率光纖激光器、光纖放大器、超連續(xù)光譜、色散補(bǔ)償、光開關(guān)、光倍頻、濾波器、波長變換器、孤子發(fā)生器、模式轉(zhuǎn)換器、光纖偏振器、醫(yī)療、生物傳感等領(lǐng)域。

　　光子晶體光纖又被稱為微結(jié)構(gòu)光纖，近年來引起廣泛關(guān)注，它的橫截面上有較復(fù)雜的折射率分布，通常含有不同排列形式的氣孔，這些氣孔的尺度與光波波長大致在同一量級且貫穿器件的整個(gè)長度，光波可以被限制在光纖芯區(qū)傳播。光子晶體光纖有很多奇特的性質(zhì)。例如，可以在很寬的帶寬范圍內(nèi)只支持一個(gè)模式傳輸；包層區(qū)氣孔的排列方式能夠極大地影響模式性質(zhì)；排列不對稱的氣孔也可以產(chǎn)生很大的雙折射效應(yīng)，這為我們設(shè)計(jì)高性能的偏振器件提供了可能。

　　光子晶體的概念最早出現(xiàn)在1987年，當(dāng)時(shí)有人提出，半導(dǎo)體的電子帶隙有著與光學(xué)類似的周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu)。其中最有發(fā)展前途的領(lǐng)域是光子晶體在光纖技術(shù)中的應(yīng)用。它涉及的主要議題是高折射率光纖的周期性微結(jié)構(gòu)（它們通常由以二氧化硅為背景材料的空氣孔組成）。

　　這種被談?wù)撝墓饫w通常稱之為光子晶體光纖（PCFs），這種新型光波導(dǎo)可方便地分為兩個(gè)截然不同的群體。第一種光纖具有高折射率芯層（一般是固體硅），并被二維光子晶體包層所包圍的結(jié)構(gòu)。這些光纖有類似于常規(guī)光纖的性質(zhì)，其工作原理是由內(nèi)部全反射（TIR）形成波導(dǎo)；相比于傳統(tǒng)的折射率傳導(dǎo)，光子晶體包層的有效折射率允許芯層有更高的折射率。因此，重要的是要注意到，這些我們所謂的內(nèi)部全反射光子晶體光纖（TIR-PCFs） ，實(shí)際上完全不依賴于光子帶隙（PBG）效應(yīng)。與TIR-PCFs截然不同的另一種光纖，其光子晶體包層顯示的是光子帶隙效應(yīng)，它利用這種效應(yīng)把光束控制在芯層內(nèi)。這些光纖（PBG-PCFs）表現(xiàn)出可觀的性能，其中最重要的是能力控制和引導(dǎo)光束在具有比包層折射率低的芯層內(nèi)傳播。相比而言，內(nèi)部全反射光子晶體光纖（TIR-PCFs）首先是被制造出來的，而真正的光子帶隙傳導(dǎo)光纖（PBG-PCFs）只是在近期才得到實(shí)驗(yàn)證明。

　　1991年，Russell等人根據(jù)光子晶體傳光原理首次提出了光子晶體光纖（PCF）的概念。

　　1996年，英國南安普頓大學(xué)的J.C.Knight 等人研制出世界上第一根PCF，之后在光纖通信和光學(xué)研究領(lǐng)域中，PCF引起了全世界的普遍興趣。

光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)光原理

　　就結(jié)構(gòu)而言，PCF可以分為實(shí)心光纖和空心光纖。實(shí)心光纖是將石英玻璃毛細(xì)管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃棒周圍的光纖。空心光纖是將石英玻璃毛細(xì)管以周期性規(guī)律排列在石英玻璃管周圍的光纖。