一根細(xì)細(xì)的玻璃纖維（光纖）可以把等同于上千本書的信息幾乎瞬時地傳輸?shù)綌?shù)百公里外。在現(xiàn)代通訊行業(yè)中，它早已取代了銅線，成為長距離信號傳輸?shù)妮d體。光纖自1966 年問世以來，人們最初追求的目標(biāo)是盡可能地降低損耗。70 年代末，光纖已達(dá)到每公里只有4-5%能量損耗（0.2dB/km），光信號可以傳輸幾十公里；隨著科技的發(fā)展，到80 年代后期摻鉺光纖放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA）面市，光信號可以傳輸過程中增強(qiáng)，完全解決了光纖損耗這一歷史性難題，實現(xiàn)了跨洋超長距離信息傳輸。光導(dǎo)纖維作為通信行業(yè)一個充滿活力的新興力量，蓬勃發(fā)展壯大起來。因此，擁有“光纖之父”美譽(yù)的華裔科學(xué)家高錕在2009年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎。

　　自1990年以來，由于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的快速增長，使得人們對傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的要求不斷提升，更大容量、更高速率、更長傳輸距離的光纖通信系統(tǒng)隨之出現(xiàn)。但在傳統(tǒng)的光纖系統(tǒng)中，存在著諸如色散、非線性和下一代全光網(wǎng)絡(luò)中的邏輯器件功能簡單（如:光開關(guān)）的難題，這就需要有新的光纖技術(shù)和器件作支撐。

　　1、從傳統(tǒng)光纖到光子晶體光纖

　　1987年，Eli Yablonovitch等科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某些動物體表有周期性規(guī)律排列的細(xì)毛，可以把某些顏色（對應(yīng)一定波長）的光完全反射，而吸收其它波長，展現(xiàn)出艷麗的色彩，如圖1所示孔雀的羽毛和蝴蝶的翅膀表面呈現(xiàn)出鮮艷的色彩。Eli Yablonovitch等將此類結(jié)構(gòu)命名為 “光子晶體”。很快，這一結(jié)構(gòu)在光纖領(lǐng)域得到了移植應(yīng)用。1992年，Phillip Russell等人提出“光子晶體光纖”（微結(jié)構(gòu)光纖中的一類）。光子晶體光纖是由一簇細(xì)小的石英毛細(xì)管按照六邊形周期性排列，從橫截面上看去，就像是蜂窩結(jié)構(gòu)。由于優(yōu)良的傳輸特性，光子晶體光纖迅速在全球受到重視。

　　傳統(tǒng)光纖的結(jié)構(gòu)(如圖2，（a）)通常是由兩種玻璃材料制成的，包含具有較高折射率的纖芯和較低折射率的包層，光通過全反射的形式在高折射率材料的纖芯中傳播。光子晶體光纖可由單一材質(zhì)制備（如：石英玻璃），分為實芯和空芯兩種結(jié)構(gòu)。實芯光子晶體光纖的結(jié)構(gòu)，通常是由二維的毛細(xì)管按照六邊形組成的陣列，最中心的毛細(xì)管被換成石英玻璃棒，形成了光子晶體的缺陷（圖2（b）），光則在這個實芯缺陷中傳播。這種光纖的工作原理和傳統(tǒng)光纖接近，通過纖芯和包層不同的折射率傳播。這是因為包層中含有空氣孔，使得包層的有效折射率小于纖芯折射率，光在纖芯內(nèi)形成全反射。空芯光子晶體光纖（圖2（c））也是只有二氧化硅一種材質(zhì)，但是它與傳統(tǒng)光纖和實芯光子晶體光纖傳導(dǎo)機(jī)理完全不同，空芯光子晶體光纖是采用光子帶隙原理，利用光子帶隙效應(yīng)實現(xiàn)光在空氣中傳輸。光在這種光子晶體光纖中是通過中間的氣孔傳播，所以沒有常規(guī)光纖的傳輸窗口、損耗、色散等限制。