基于一维光子带隙(PBG)效应导波机制的空心布拉格光纤(HC-BFs)具有灵活 方便的带隙调控能力和优良的 宽带低损耗传输特性,作为一类独特的光子带隙型空心光纤,在光波传输、色散管理与控制、光纤 型器件和传感检测等领域表现出巨大的应用潜力。从光纤波导结构设计与导波模式传输特性、包层 材料构成与光纤制备工艺,以及基于气态或液态被测物质填充中空纤芯的痕量气体检测和生化传感 中的应用等方面对HC-BF研究的发展历程和新进展进行了综合评述。

提出了一种包层周期呈线性啁啾分布的新型空心布拉格光纤(HC-BF)包层结构设计，旨在满足基于中红外吸收光谱的多组分痕量气体检测应用需求。数值研究了这种准周期包层结构HC-BF中近掠入射条件下TE和TM模的带隙结构和模式损耗特性，并与常规周期包层结构HC-BF进行了对比。结果表明，对于包层周期线性啁啾分布结构的HC-BF，通过增大包层周期线性增加量和包层层数均可以有效拓展光子带隙(PBG)宽度，并且其展宽效果随两者增加而明显增强，同时PBG中心波长产生红移。在展宽的PBG波长范围内，该新型包层结构HC-BF依然能够保持0.01 dB/m量级的低传输损耗，表明其具有优良的中红外宽带低损耗传输特性。

空心布拉格光纤是具有一维光子晶体(1DPC)包层和空心芯区的新型光子带隙光纤。针对它在CO2激光传输中的应用，设计和制备了传输波段中心波长在10.6 μm的空心布拉格光纤样品。利用傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)可以观察到光纤样品在10.6 μm具有明显的透射峰。使用CO2激光，通过截断法测量得到光纤样品在10.6 μm的传输损耗为2.35 dB/m。测量了不同弯曲曲率下光纤样品的弯曲损耗，结果表明弯曲损耗系数随曲率的增大而线性增长。在接近光纤输出端处，弯曲半径为10 cm的光纤90°弯曲引入的附加损耗约为2 dB。实验结果论证了光纤样品的CO2激光低损耗传输特性，展现了空心布拉格光纤在提升CO2激光操作灵活性上的应用潜力。

在空心布拉格光纤拉制过程中引入的光纤外径波动会造成不同位置光纤包层一维光子晶体结构的光子带隙不完全重叠，极大地影响光纤的传输特性。研究了外径慢变正弦波动下，空心布拉格光纤中各类模式的传输特性。理论计算表明，尽管各模式类传输特性不尽相同，同一类模式中，不同阶的模式损耗情况也不一样，但是，各模式的外径波动容限相差不大。在计算例中，TE0n模的外径波动容限大约为9％，TM0n，HE和EH模式的外径波动容限在6％～7％。采用的理论分析方法可以拓展到其他光纤结构参数组合和任意光纤波动情况。