Đúng với tên gọi, sợi tinh thể quang với lõi chiết suất cao có chiết suất của vùng lõi cao hơn chiết suất của vùng vỏ. Nhƣng sự chênh lệch chiết suất nhƣ vậy không phải do pha tạp mà vùng vỏ có chiết suất nhỏ hơn chiết suất vũng lõi silic đăc vì vùng vỏ có các lỗ khí chãy dọc theo trục của sợi. Những tính chất ảnh hƣởng tới sự phản xạ của sợi chủ yếu là do các lỗ khí, các lỗ khí thƣờng đƣợc sắp xếp theo rất nhiều cấu trúc khác nhau (theo những hình khác nhau nhƣ lục giác, bát giác, thập nhị giác; theo nhiều chiều khác nhau nhƣ 1 chiều, 2 chiều, 3 chiều). Mỗi sự sắp xếp khác nhau (khác nhau về hình, khác nhau về kích thƣớc đƣờng kính lỗ khí, khác nhau về khoảng cách giữa các lỗ khí…) của các lỗ khí sẽ làm sợi có các tính chất khác nhau, với một sự sắp xếp hợp lý sẽ có thể làm sợi tinh thể quang có các tính chất đặc biệt.
Hầu hết sợi tinh thể quang có lõi chiết suất cao đều có lõi đặc và thƣờng sử dụng các vật liệu chƣa pha tạp. Bao quanh lõi này là vùng vỏ có các lỗ khí sắp xếp theo cấu trúc, những lỗ khí này có chiết suất nhỏ hơn chiết suất của vùng lõi vì thế ánh sáng sẽ bị giới hạn trong vùng lõi đặc có chiết suất cao hơn. Điều này cho thấy rằng sợi tinh thể quang với lõi chiết suất cao hoàn toàn có thể đƣợc chế tạo từ một vật liệu duy nhất khi số lƣợng các lỗ khí đủ lớn. Vật liệu thƣờng dùng là silica tinh khiết, ngoài ra sợi tinh thể quang có lõi chiết suất cao còn có thể đƣợc chế tạo từ thủy tinh chalcogenide (là loại thủy tinh có pha thêm chalcogenide – chalcogenide là nhóm nguyên tố oxy, lƣu huỳnh, selenium, tellurium, polonium và ununhexium) và polime.
Hình 3.5 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 tƣơng ứng là đƣờng kính của các lỗ khí và khoảng cách giữa 2 lỗ khí liền kề trong cùng một vòng.
Hình 3.5 Sợi tinh thể quang có lỗ khí sắp xếp theo hình lục giác [6]
Mặc dù có cấu tạo hoàn toàn khác với các sợi quang thông thƣờng nhƣng sợi tinh thể quang có lõi chiết suất cao vẫn có các tính chất của sợi quang thông thƣờng, hơn thế chúng còn có rất nhiều tính chất vô cùng đặc biệt. Phần dƣới đây giới thiệu về các tính chất mới của sợi tinh thể quang.
3.4.1 Tính chất của sợi tinh thể quang có lõi chiết suất cao với các lỗ khí sắp xếp có cấu trúc
Để điều khiển các tính chất của sợi quang, cần thiết kế sắp xếp vị trí các lỗ khí sao cho thích hợp. Thông thƣờng các lỗ khí thƣờng đƣợc xếp thành các vòng, thành nhiều vòng, thành các đa giác, với nhiều dạng đa giác… khi đó sợi quang sẽ có khả năng chế tạo cao, có nhiều tính chất đặc biệt và có thể kiểm soát đƣợc quang phổ cũng nhƣ các đặc tính khác.
Để nghiên cứu tính chất của sợi tinh thể quang có lõi chiết suất cao, ta khảo sát một dạng sợi PCF điển hình, đó là sợi PCF có các lỗ khí sắp xếp theo các hình tam giác chồng nhau nhƣ hình 3.5 (thực chất là các lỗ khí sẵp xếp theo cấu trúc lục giác nhƣng có 2 cạnh nằm ngang, đây là dạng sắp xếp phổ biến nhất của PCFs. Sở dĩ cấu trúc lục giác đƣợc sử dụng rất nhiều là do lục giác là một hình đặc biệt, khi sắp xếp các lỗ khí theo cấu trúc lục giác thì khoảng cách giữa 2 lỗ khí trong cùng 1 vòng bằng với khoảng cách giữa 2 lỗ khí khác vòng, do đó sợi theo cấu trúc này thƣờng dễ chế tạo và có nhiều tính chất đặc biệt).