一根细细的玻璃纤维（光纤）可以把等同于上千本书的信息几乎瞬时地传输到数百公里外。在现代通讯行业中，它早已取代了铜线，成为长距离信号传输的载体。光纤自1966 年问世以来，人们最初追求的目标是尽可能地降低损耗。70 年代末，光纤已达到每公里只有4-5%能量损耗（0.2dB/km），光信号可以传输几十公里；随着科技的发展，到80 年代后期掺铒光纤放大器（Erbium Doped Fiber Amplifier, EDFA）面市，光信号可以传输过程中增强，完全解决了光纤损耗这一历史性难题，实现了跨洋超长距离信息传输。光导纤维作为通信行业一个充满活力的新兴力量，蓬勃发展壮大起来。因此，拥有“光纤之父”美誉的华裔科学家高锟在2009年荣获诺贝尔物理学奖。

　　自1990年以来，由于网络数据通信业务的快速增长，使得人们对传统通信系统的要求不断提升，更大容量、更高速率、更长传输距离的光纤通信系统随之出现。但在传统的光纤系统中，存在着诸如色散、非线性和下一代全光网络中的逻辑器件功能简单（如:光开关）的难题，这就需要有新的光纤技术和器件作支撑。

　　1、从传统光纤到光子晶体光纤

　　1987年，Eli Yablonovitch等科学家发现某些动物体表有周期性规律排列的细毛，可以把某些颜色（对应一定波长）的光完全反射，而吸收其它波长，展现出艳丽的色彩，如图1所示孔雀的羽毛和蝴蝶的翅膀表面呈现出鲜艳的色彩。Eli Yablonovitch等将此类结构命名为 “光子晶体”。很快，这一结构在光纤领域得到了移植应用。1992年，Phillip Russell等人提出“光子晶体光纤”（微结构光纤中的一类）。光子晶体光纤是由一簇细小的石英毛细管按照六边形周期性排列，从横截面上看去，就像是蜂窝结构。由于优良的传输特性，光子晶体光纤迅速在全球受到重视。

　　传统光纤的结构(如图2，（a）)通常是由两种玻璃材料制成的，包含具有较高折射率的纤芯和较低折射率的包层，光通过全反射的形式在高折射率材料的纤芯中传播。光子晶体光纤可由单一材质制备（如：石英玻璃），分为实芯和空芯两种结构。实芯光子晶体光纤的结构，通常是由二维的毛细管按照六边形组成的阵列，最中心的毛细管被换成石英玻璃棒，形成了光子晶体的缺陷（图2（b）），光则在这个实芯缺陷中传播。这种光纤的工作原理和传统光纤接近，通过纤芯和包层不同的折射率传播。这是因为包层中含有空气孔，使得包层的有效折射率小于纤芯折射率，光在纤芯内形成全反射。空芯光子晶体光纤（图2（c））也是只有二氧化硅一种材质，但是它与传统光纤和实芯光子晶体光纤传导机理完全不同，空芯光子晶体光纤是采用光子带隙原理，利用光子带隙效应实现光在空气中传输。光在这种光子晶体光纤中是通过中间的气孔传播，所以没有常规光纤的传输窗口、损耗、色散等限制。