报道了一种基于空芯光子晶体光纤中氘气转动受激拉曼散射的单程高效光纤气体激光光源。因空芯光子晶体光纤具有特殊的传输谱,增益相对较大的振动受激拉曼散射被很好地抑制,使得泵浦激光能够高效地向转动斯托克斯光转化。采用自行搭建的1540 nm纳秒脉冲光纤放大器,泵浦一段长为20 m、充高压氘气的空芯光子晶体光纤,在单程结构中实现了高效的1645 nm拉曼激光输出。当气压为2 MPa时,最大平均输出功率约为0.8 W(单脉冲能量约为1.6 μJ),激光光源斜率效率约为71.4%。研究结果为1.7 μm波段光纤激光的实现提供了一条简单有效的新途径。

反谐振空芯光纤(HC-ARF)具有宽传输通带、低传输损耗、高损伤阈值和高模式纯度等优势,在高功率脉冲激光传输及压缩、超快非线性频率变换、短距离高速高容量光通信、生物化学分析和量子存储等领域展现出广阔的应用前景。简要回顾了空芯光子晶体光纤(HC-PCF)的发展历程,重点介绍了近年来出现的几种新型HC-ARF。对气体填充HC-ARF在新型拉曼激光频率变换应用领域中的关键技术及最新进展进行了讨论。

为了实现全光纤型高灵敏度气体在线检测系统, 以空芯光子晶体光纤为传感气室, 利用CO2气体分子在1 572.48 nm附近吸收谱以及虚拟仪器LabVIEW平台搭建了双光路差分CO2气体近红外检测实验系统。实验中所用空芯光子晶体光纤长度为1.8 m, 通过对其两端同时充气, 提高了系统响应速度, 0.1 MPa下充气过程仅需100 s左右。以标准浓度CO2气体对该系统进行了标定, 并对浓度2%、5%、10%和100%的CO2气体进行了测量, 结果表明100 min内浓度检测相对误差不超过2%, 标准差最大3.32%。气体吸收光程为1.8 m, 系统检测灵敏度达到5.981 8×10-5 μW/ppm。

分析了由菲涅尔反射、中心点偏移引起的耦合损耗.提出了一种新的方法——用T型金属管作为光子晶体光纤和单模光纤的连接器.计算了从单模光纤到光子晶体光纤方向以及从光子晶体光纤到单模光纤方向的最佳耦合距离, 分别为15 μm和25 μm, 实验证明了结论的可靠性.与传统的检测方法相比, 采用光子晶体光纤的检测方法使得拉曼信号得到明显增强. 以氮气为背景气, 采用氧气肯定了光子晶体光纤同拉曼检测技术相结合后在气体检测方向的应用前景.

反共振空芯光子晶体光纤(HC-PCF)在中红外光纤气体激光器中具有重要的应用价值, 其与实芯光纤的低损耗耦合是实现全光纤结构光纤气体激光器的关键技术。采用将实芯光纤拉锥后插入空芯光纤的方案开展研究。理论和实验结果表明, 利用光纤拉锥处理技术改变普通光纤模场直径, 可使拉锥光纤与空芯光纤的模场直径近似匹配, 从而实现实芯光纤与大模场直径反共振HC-PCF的低损耗耦合。对于模场直径约为35 μm的Ice-cream型反共振HC-PCF, 仿真结果表明, 当锥腰直径为30~50 μm时, 耦合效率高于95%, 最高可达98%, 实验测得锥腰直径为35 μm时的耦合效率为96.05%。该结论为大模场直径空芯光纤与实芯光纤的低损耗耦合和实现全光纤结构气体激光器的全光纤化提供了一条可行的技术途径。

采用石英增强光声光谱检测系统，并引入空芯光子晶体光纤作为气体参考气室，实现对痕量氨气的高灵敏度检测。参考气室采用长5 m 的空芯光子晶体光纤，两端熔接单模光纤，内部填充标准氨气。通过分析空芯光子晶体光纤的模态干涉，获得低干涉噪声的透射谱。气体填充过程中，控制填充压强与时间，提高谱线分辨率，完成分布反馈式(DFB)激光器波长的精确锁定，提高检测精度。测量参考气体腔内氨气吸收谱线线宽，并与高分辨率光谱谱线(HITRAN)数据库数据对比验证实验结果。采用光声光谱检测系统，优化调制参数，获得氨气噪声等效浓度(即指体积分数)为6.74×10-6(3σ)。

银纳米颗粒与光子晶体光纤、表面增强拉曼散射效应结合而成的PCF SERS传感器得到了科研界的广泛关注。而PCF结构、SERS基底的性能是传感器的重要影响因素。为了进一步提高SERS PCF传感器的性能，通过研究对比PCF和SERS基底结构参数对传感性能的影响，设计出适用于PCF SERS传感的空芯PCF以及SERS基底的结构参数。通过数值计算，设计的空芯PCF空气填充率为56.30%，当激发光波长785 nm时存在光子带隙，并能够实现单模传输。而半径为38 nm的银纳米球在间距为0.7 nm时能够产生最大的SERS增强因子。研究证明，设计的空芯PCF在785 nm输入波长下既能够基模传输激发光，又能够为SERS提供理想的活性面积，而且银纳米颗粒的形状、尺寸、间距对SERS性能影响严重，而且与入射波长有很强的依赖关系。

针对星载积分路径差分吸收(IPDA)激光雷达的应用需求，研制了一套利用空芯光子晶体光纤(HC-PCF)作为吸收池，以CO2气体1.57 μm处的吸收线作为频率参考，基于频率调制光谱稳频技术的激光稳频系统。结合其工作原理，建立仿真模型，计算了CO2气压、光谱调制频率以及调制深度对稳频误差信号的影响，给出最优化的设计参数。并且与实验测试数据进行了比对，实验数据与计算结果吻合。报道了系统的稳频效果，给出进一步提升稳频性能的方案意见。

报道了一种低损耗小型化高纯度高稳定性的光纤型空芯光子晶体光纤（HC-PCF)低压CO2气体腔。通过采用高压待充气体对HC-PCF进行气体置换、利用高压填充的HC-PCF进行尾纤耦合，确保了腔内填充气体的纯度；通过熔接单模光纤(SMF)作为输入端、经陶瓷插芯套管准直对接多模光纤(MMF)作为输出端，有效降低了插入损耗；通过对HC-PCF的实时监控降压与胶封，制备出压强低至10 kPa的光纤型HC-PCF低压CO2气体腔。该HC-PCF低压腔的插入损耗约为3.5dB，且具有长期气密性与稳定性。这种HC-PCF低压气体腔在光纤气体传感、激光稳频、高分辨光谱等方面具有广泛应用前景。