光子晶体（Photonic Crystal Fiber，PCF）是近年来兴起的、十分引人入胜的一种具有微结构的新型硅玻璃。自1996年英国Bath大学的Knight等人首次制造了具有光 子晶体包层的后[1]，PCF由于具有一系列“奇异”的光学特性而倍受重视[2,3,4,5]。PCF，又称微结构 （Microstructured Optical Fiber, MOF）或多孔（Holey Fiber, HF），其结构特点是横截面具有周期性微孔结构，如图1所示。由于PCF包层微孔的大小与波长数量级相同，故可通过优化设计微孔大小、填充率以及排列 等方式获得一系列“奇异”的光学性质。与常规相比，PCF具有如下独特的光学特性：无穷尽单模传输[2]、高非线性[3]、大模场面积[4]、可控色 散特性[5]等。基于此，PCF不仅有可能成为比常规更优异的光传输介质，而且还可以用来制作各种前所未有的、功能新奇的光子器件。因此，具有周期结 构的PCF已迅速成为光电子领域的前沿热点[6,7]。
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图1 PCF的电子扫描显微镜图。(a)～(d)为不同空气孔填充率及排列分布的空气硅包层微结构；(e)光子禁带。
近年来，随着PCF的理论研究逐步深入及其制造技术和工艺的不断完善，基于PCF的器件及其应用正方兴未艾，其中包括基于模式耦合的PCF器件，如滤波器等。因此，在PCF上写入光栅就成为研制基于PCF模式耦合器的基础。
光栅是导波介质中物理结构的周期性分布，是一种新型的光无源器件，其作用在于改变或控制光波在该区域的传播行为与方式。光栅的出现，深刻地 影响着信息传输的设计及光子器件的研制，它使许多复杂的全通信和传感网络成为可能，极大地拓宽了技术的应用范围[8]。目前，高速率、大容量 的DWDM通信技术及高精度、多参数、分布式传感技术的发展对FG的性能和灵活性提出了更高的要求，如光栅谐振波长可以调谐、包层模耦合可以控制以及对应 变和温度等物理量更加敏感等，从而促使发展新的、特殊光栅。
PCF和传统的光栅写入技术结合为制造新型的光栅提供了良 机。自1999年B.J.Eggleton等人首次报道在PCF上写入布喇格光栅(Photonic Fiber Bragg Grating, PFBG)和长周期光栅（Photonic Long Period Grating, PLPG）以来[9]，光子晶体光栅（Photonic Crystal Fiber Grating, PCFG）的制备方法及理论分析正成为人们研究的热点。与传统的光栅相比，PCFG具有如下特性：二维或多维光子晶体、设计自由度大（如单芯或多芯、 空气孔可填充介质等）、波长调谐范围宽（可达100nm以上）、可进行多参量、多功能感测等。PCF及PCFG的出现，将促进并产生全新的性能优异的新一 代光子器件，由此可能导致现代技术的新跨越。
1 光子晶体光栅的制备方法
传统光栅的写制方法如相位模板法、振幅模板法、CO2激光加热法等较成熟，已实现批量生产。对于PCF，其包层为空气孔结构，如何在其上写制光栅并制造出基于PCFG的器件，成为近年来的研究热点。
1.1 紫外曝光法写制PCFG
1999年，Eggleton等人利用紫外曝光相位模板法首次在纤芯掺锗的PCF上写入FBG和LPG[9]。PFBG的透射谱如图2所示，PLPG的透射谱如图3所示。利用该方法写制PCFG的还有南开大学光电子研究组。
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1.2 热激成栅法写制PCFG
为了弥补紫外曝光技术需掺杂的不足，近年来已开始探讨在纯硅纤芯的PCF上写入光栅。2002年，G. Kakarantzas等人利用CO2激光在纯硅纤芯的PCF上热激蚀刻实现了LPG的写制[10]。其原理为：利用较高能量的CO2激光长时间聚焦到PCF上，使得该处的空气孔坍塌，利用计算机自动控制激光束的开关及扫描等过程，可在轴向上形成周期性结构微扰（即PLPG）。2003年，新加坡的Yinian Zhu等人也利用类似的方法写制PLPG[11]。
