[發(fā)明專利]一種高雙折射亞波長(zhǎng)多孔太赫茲光纖

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910092510.5
• 申請(qǐng)日: 2009-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN101788695A
• 公開（公告）日: 2010-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭錚;趙欣;安琳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G02B6/02
• 分類號(hào): G02B6/02
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太赫茲光波導(dǎo)領(lǐng)域，具體涉及一種具有高雙折射亞波長(zhǎng)多孔太 赫茲光纖。

背景技術(shù)

太赫茲輻射在電磁波譜中位于微波和紅外輻射之間，其震蕩頻率范圍為 0.1THz-10THz。由于介電晶體的晶格共振、分子旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)共振以及熱輻射線 等都發(fā)生在太赫茲頻譜范圍，太赫茲光譜可以作為材料表征、指紋鑒定的有效 手段。且太赫茲波具有很高的空間分辨率和時(shí)間分辨率、很強(qiáng)的穿透性，因此 太赫茲成像技術(shù)將會(huì)成為醫(yī)療診斷、生物研究、電子器件檢驗(yàn)，以及生化武器、 毒品、爆炸物探測(cè)的強(qiáng)大工具。

為了使太赫茲系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)小型化、集成化，以便于廣泛應(yīng)用于傳感、成 像等方面，易于集成的太赫茲波導(dǎo)器件得到了越來(lái)越多的關(guān)注。太赫茲波導(dǎo)器 件將在自由空間傳輸?shù)奶掌澆s束在器件之中，使太赫茲波的傳輸具有可控 的路徑和模式尺寸。在此基礎(chǔ)上，太赫茲波導(dǎo)器件還可具有脈沖整形、濾波、 調(diào)制等功能，從而為太赫茲系統(tǒng)的集成化提供基礎(chǔ)。

作為太赫茲波傳輸器件，傳輸損耗、色散、模場(chǎng)面積等是太赫茲波導(dǎo)性能 的主要參數(shù)。現(xiàn)在研究的太赫茲波導(dǎo)主要有金屬材料構(gòu)成的金屬線波導(dǎo)、金屬 管波導(dǎo)以及由介電材料構(gòu)成的藍(lán)寶石光纖、塑料光纖、光子晶體光纖，亞波長(zhǎng) 多孔光纖等。金屬波導(dǎo)在金屬之外的空氣中傳輸太赫茲，因此對(duì)模場(chǎng)的限制能 力差，以致彎曲損耗較高。介質(zhì)波導(dǎo)將太赫茲限制在對(duì)太赫茲吸收較大的介電 材料中，存在較高的傳輸損耗。

太赫茲光子晶體光纖將具有波長(zhǎng)尺寸的空氣孔周期排列，實(shí)現(xiàn)太赫茲波的 傳輸。根據(jù)光子晶體光纖結(jié)構(gòu)的不同，太赫茲光子晶體光纖分為兩種。一種是 光纖中心為高折射率介質(zhì)材料，這種結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖帶寬較寬，但是損耗 相對(duì)較大。另一種光纖中心為空氣孔結(jié)構(gòu)，這種光子晶體光纖采用光子晶體帶 隙效應(yīng)傳輸太赫茲波，雖然損耗較低，但是只能實(shí)現(xiàn)窄帶的太赫茲傳輸。

亞波長(zhǎng)的多孔太赫茲光纖，與同樣具有多孔結(jié)構(gòu)的太赫茲光子晶體光纖最 大的不同就是其光纖中的多孔孔徑遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)，整個(gè)光纖僅為亞波長(zhǎng)尺寸，遠(yuǎn) 遠(yuǎn)小于光子晶體光纖，同時(shí)也不具有光子晶體的帶隙效應(yīng)。除此之外，該種光 纖的纖芯包含多孔結(jié)構(gòu)，太赫茲波在孔中傳輸，而光子晶體光纖則是包層為多 孔結(jié)構(gòu)，太赫茲波在多孔結(jié)構(gòu)所包圍的纖芯中傳輸。亞波長(zhǎng)的多孔太赫茲光纖 將太赫茲約束在具有超低吸收損耗的空氣孔中，對(duì)太赫茲波能夠?qū)崿F(xiàn)低損耗傳 輸和亞波長(zhǎng)模場(chǎng)限制。蒙特利爾工學(xué)院的哈桑尼等通過(guò)多亞波長(zhǎng)空氣孔的方式 將太赫茲光纖的損耗降低為纖芯材料吸收損耗的1/10-1/20，且由于光纖將太赫 茲限制于空氣孔中傳輸，在彎曲直徑為3cm時(shí)，損耗也幾乎不會(huì)改變。阿德萊 德大學(xué)的等采用仿真計(jì)算的方式證明了亞波長(zhǎng)的多孔太赫茲光纖具有低損耗和 高模式約束特性。

在光通信波長(zhǎng)下，光子晶體光纖可以通過(guò)特殊的設(shè)計(jì)提供很高的模式雙折 射，從而實(shí)現(xiàn)保偏光纖，甚至單模單偏振的光纖。光子晶體光纖可以提供的模 式雙折射通常可以達(dá)到10^-3數(shù)量級(jí)。最近，根據(jù)一些理論分析和仿真計(jì)算的結(jié)果， 有報(bào)道指出如果在光子晶體光纖的包層或者芯區(qū)中使用橢圓形空氣孔，其模式 雙折射還可以進(jìn)一步提高。

在太赫茲時(shí)域頻譜系統(tǒng)以及太赫茲成像系統(tǒng)中，太赫茲的接收器通常具有 偏振敏感特性，因此如何實(shí)現(xiàn)保偏的太赫茲光纖或波導(dǎo)器件，對(duì)于集成化的太 赫茲時(shí)域頻譜和成像系統(tǒng)尤為重要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高雙折射亞波長(zhǎng)多孔太赫茲光纖。

本發(fā)明提供了一種高雙折射亞波長(zhǎng)多孔太赫茲光纖。光纖的橫斷面包括包 層和纖芯。包層為包圍纖芯的外部區(qū)域，組成材料為空氣，纖芯的橫斷面外邊 界為圓形，纖芯由光纖基底材料和分布在其內(nèi)部的圓形空氣孔以及橢圓形空氣 孔組成，空氣孔在光纖基底材料中呈周期性排列，中心空氣孔位于纖芯的中心， 每相鄰的三個(gè)空氣孔的中心為一個(gè)正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)，除中心空氣孔外，外 圍的空氣孔中心可按照距離纖芯中心的遠(yuǎn)近分別連接成以纖芯的中心為中心的 多個(gè)正六邊形，橢圓形空氣孔的長(zhǎng)軸平行或者垂直于正六邊形的一條邊，且所 有橢圓形空氣孔長(zhǎng)軸方向一致，橢圓形空氣孔關(guān)于以纖芯中心為原點(diǎn)、橢圓形 空氣孔的短軸和長(zhǎng)軸方向?yàn)闄M縱坐標(biāo)方向的直角坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)軸及縱坐標(biāo)軸 均呈對(duì)稱分布。

所述纖芯的直徑大于所傳輸?shù)奶掌澆ǖ牟ㄩL(zhǎng)的0.7倍，且小于所傳輸?shù)? 太赫茲波的波長(zhǎng)的2倍。

所述空氣孔構(gòu)成的以纖芯的中心為中心的正六邊形的個(gè)數(shù)要大于2個(gè)。