微纳光纤主要用于传导光能,对其而言,光学损耗是重要参数。童利民等人在测试中发现,633nm 波长的光在直径为 190nm 的氧化硅微纳光纤中传输,其传输损耗为 1.7dB/mm[3],与其它同尺寸大小的微纳光波导相比其传输损耗小得多。 目前已经报道的氧化硅微纳光纤在 1550nm 波长处最低损耗约为 1.4dB/m 。
微纳光纤的包层一般为空气或者水 等低折射率介质,纤芯和包层折射率差较大,光纤对光场的约束能力很强,因此,微纳光纤弯曲损耗很低,虞华康等对微纳光纤弯曲损耗进行了相对系统的理论研究。 同时,因为折射率差较大,传统光纤用来研究其模场分布特性的弱导条件已不再适用。 童利民等通过精确求解 Maxwell 方程组, 给出微纳光纤基模的模场分布和群速度色散等特性:一般而言,当微纳光纤直径大于传输光波长时,它对模场的约束能力随着直径减小而增大;当直径减小到波长或亚波长量级时,模场面积将达到一个极小值,相应微纳光纤的光场约束能力达到最大值(如果选择恰当的微纳光纤,模场的等效直径可达到亚波长量级);若进一步减小微纳光纤直径,它的光场约束能力将逐渐减弱, 模场也随之扩散,从而导致相当大比例的光能量(可高达 90%)以围绕光纤表面的倏逝波的形式传输。 Sumetsky 等从理论上预测了当微纳光纤直径小于传输光波长的 1/10 时,微纳光纤将不能用来作为传导光介质。 Chen 等用亚波长的太赫兹波导证实了上述结论;Kien 等对微纳光纤模场分布的解析表达式做了详细分析;Huang 等采用数值模拟的方法,比较系统地研究了两根微纳光纤之间倏逝波耦合情况;Wang 等从理论上详细分析了微纳光纤传导模受端面的影响情况以及输出特性 。
波导色散在光脉冲传输和光纤非线 性效应中有着重要的意义。 童利民等通过计算微纳光纤中传导模群速度和波长的关系,获得微纳光纤的波导色散远大于弱导光纤的波导色散和材料色散的结论。 而且,不同直径的微纳光纤在传输同一光波长时,波导色散也将发生明显移动,因此,选择恰当直径的微纳光纤可以对其波导色散进行有效调控。 微纳光纤这种色散可调控的特性使其在与色散有关的光通信和非线性光学等领域中具有重要应用价值,例如,通过调控微纳光纤色散,可以降低激发光的功率阈值、减小非线性相互作用长度等。 目前研究者已经在微纳光纤中实现诸多非线性效应,例如三次谐波的产生、受激多喇曼散 射、光 孤 子 的 形 成 与 传 播和 超 连 续 谱 的 产 生等 。