Sợi quang tình thể PCFs có rất nhiều tính chất ưu việt mà không thể có ở sợi quang thông thường. Dưới đây là một vài đặc tính quan trọng nhất trong số các tính chất đó.
- Sợi có thể luôn luôn là đơn mode - Sợi phi tuyến
- Sợi có chênh lệch chiết suất thấp - Sợi duy trì sự phân cực
Hình 3.27 Một số dạng cấu trúc sắp xếp các lỗ khí trong PCFs. (a) Theo cấu trúc 8 cạnh. (b) Theo cấu trúc lục giác.
Hình 3.27 là cấu trúc PCFs lõi đặc với các lỗ khí theo cấu trúc lục giác dùng silica. Trong đó có 2 thông số cần quan tâm là d và Λ tương ứng là đường kính của các lỗ khí và khoảng cách giữa 2 lỗ khí liền kề trong cùng một vòng.
3.10.3 Tán sắc
Tán sắc là một tính chất rất quan trọng không chỉ với các sợi quang thông thường, mà còn cực kì quan trọng với các sợi quang tinh thể PCFs.
Một cấu trúc sợi quang thường tức là giống nhau về cấu trúc cũng đồng nghĩa với việc độ tán sắc của chúng là không thay đổi. Người ta chỉ đạt được điều này khi thay đổi chất liệu dùng để chế tạo, nhưng điều bất khả thi ở đây là việc giảm được độ tán sắc lại đồng nghĩa với giá chi phí bỏ ra lại rất cao vì vậy mà chúng không khả thi về mặt thương mại. Trong khi đó với sợi PCF thì chỉ cần thay đổi một vài thông số của cấu trúc bên trong sợi chúng ta sẽ đạt được sợi quang với tán sắc như mong đợi.
Để phân tích đặc tính tán sắc của PCFs lõi chiết suất cao, xét mẫu PCFs đã xét ở trong hình 3.28 (lỗ khí sắp xếp hình tam giác, Λ = 2,3µm). Với những sợi có mật độ phủ kín của lỗ khí thấp (để đảm bảo sợi là đơn mode), đặc tính tán sắc được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp sóng phẳng, full vector như hình 3.28
Hình 3.28 Tán sắc của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác và lõi chiết suất cao khi cố định Λ = 2,3 µm.
Tán sắc được tính toán dựa vào giả thiết rằng chiết suất của silica là độc lập với bước sóng và tán sắc ống dẫn sóng có thể được thêm vào tán sắc vật liệu để tính vào tổng tán sắc của PCFs. Từ hình 3.28 có thể thấy rằng nếu mật độ phủ của lỗ khí là rất nhỏ, khi đó tác động của các lỗ khí là bị hạn chế và đường cong tán sắc được mong đợi sẽ rất gần với tán sắc vật liệu của silica tinh khiết (tán sắc bằng không với bước sóng khoảng 1,28µm). Khi đường kính của các lỗ khí tăng lên, tán sắc ống dẫn sóng tăng mạnh. Do đó, tán sắc ống dẫn sóng của PCFs có thể lớn hơn 0 ở bước sóng dưới 1,28µm khi mà sợi vẫn là đơn mode. Điều này thường không có trong các sợi quang thường do còn có sự chênh lệch chiết suất. Tán sắc của một mẫu PCF với Λ = 2,3µm và tỉ lệ d/Λ = 0,27 có giá trị là - 77ps/(nm.km) - điều này đã chứng minh rằng cho những tính chất tán sắc ống dẫn sóng đặc biệt của PCFs với bước sóng dưới 1,3µm.
Hình 3.28 đã minh chứng cho những tính chất đặc biệt của PCFs, khả năng hoạt động trên một dải rộng, với tán sắc gần bằng không. Với sợi quang có d/Λ = 0,3 thì dải tán sắc dừng có bước sóng chạy từ 1,1µm tới 1,28µm.
Trong hình 3.29 là tán sắc của cũng một cấu trúc như trong hình 3.28, tuy nhiên tỉ lệ d/Λ lấy các giá trị là 0,45 - 0,6 - 0,75 và 0,9. Kết quả thể hiện một sự dịch chuyển mạnh của vùng bước sóng có tán sắc bằng không về phía vùng bước sóng nhìn thấy.
Hình 3.29 Tán sắc của sợi PCFs có các tinh thể quang sắp xếp theo hình tam giác. Trong 2 hình 3.28 và 3.29 đã cố định pitch để minh họa cho sự biến thiên của tán sắc của sợi PCFs, điểm quan trọng là tán sắc phụ thuộc vào nhiều thông số kích thước lỗ khí. Trong đó, quan trọng nhất, với pitch lớn sẽ giảm tán sắc ống dẫn sóng khi cố định bước sóng và kích thước lỗ khí.