[發(fā)明專利]寬帶太赫茲波保偏傳輸光纖

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410320189.2
• 申請日: 2014-07-07
• 公開（公告）號: CN104237999B
• 公開（公告）日: 2018-07-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉紅軍;李少鵬;孫啟兵;黃楠
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 王少文

本發(fā)明寬帶太赫茲波保偏傳輸光纖，將橢圓空氣孔或菱形空氣孔加入到光纖包層中，使得TE和TM兩模式的模場分布在很寬的頻譜范圍內不同，從而具有不同的有效折算率，產生高雙折射，同時在光纖的中心引入兩排圓形空氣孔來改變結構的對稱性，提高光纖的雙折射，調節(jié)光纖的色散，從而實現(xiàn)寬帶的低色散保偏太赫茲光子晶體光纖，光子晶體光纖雙折射值能夠達到10^?3，甚至10^?2，比傳統(tǒng)保偏光纖至少要高一個數(shù)量級，且在很寬的頻譜范圍內具有很低的色散且色散曲線平坦，對于寬帶太赫茲脈沖的無畸變傳輸非常重要。此外，通過調整光子晶體光纖橫截面上空氣孔的參數(shù)就可以改變光纖的結構，從而獲得對色散的調節(jié)。

技術領域

本發(fā)明屬于光學太赫茲傳輸技術，具體涉及一種在太赫茲波傳輸和通信系統(tǒng)中作為光傳輸路徑被優(yōu)先使用的光纖。

背景技術

太赫茲波位于(電磁波譜)電磁波譜中微波和遠紅外波之間，許多物體的分子轉動和振動能級都處于太赫茲頻譜范圍，因此太赫茲光譜可以作為材料表征和指紋鑒定的重要手段。此外，太赫茲波具有適中的波束寬度、寬的光譜帶寬和大的多普勒頻移，因此在寬帶無線通信、空間通信及精細成像方面具有重要的應用價值，將成為下一代高速無線通信的重要手段。太赫茲波高分辨成像和高穿透性的優(yōu)點使得其在雷達、安檢等方面有極重要的應用價值。由于太赫茲波在潮濕空氣中衰減很大，且普通的波導無法實現(xiàn)對太赫茲波無損和無畸變的傳輸，因此，低損耗、低色散、使用起來靈活方便且具有一定功率容量的太赫茲傳輸波導、技術及相關功能器件的研究成為太赫茲科技及其應用發(fā)展的迫切需求。

太赫茲波在波導中的傳輸過程已經(jīng)進行了大量嘗試性研究，如金屬材料構成的金屬線波導、金屬管波導以及由介電材料構成的藍寶石光纖、塑料光纖和光子晶體光纖和亞波長多孔光纖等。金屬波導在金屬之外的空氣中傳輸太赫茲波，因此對模場的限制能力差，且彎曲損耗較高。介質波導將太赫茲波限制在介質材料中，傳輸損耗較高。太赫茲光子晶體光纖將具有波長尺寸的空氣孔進行周期性排列，實現(xiàn)對太赫茲波的傳輸。根據(jù)光子晶體光纖結構的不同，太赫茲光子晶體光纖可以分為兩種；一種是光纖中心為高折射率介質材料，這種結構的光子晶體光纖帶寬較寬，損耗相對較大；第二種光纖中心為空氣孔結構，這種光子晶體光纖采用光子晶體帶隙效應傳輸太赫茲波，損耗相對較低，但只能實現(xiàn)窄帶太赫茲波傳輸。然而，目前所有的太赫茲保偏光纖的保偏性、低色散和低損耗只能在某一特定的波長或很窄的光譜范圍內實現(xiàn)，因此無法實現(xiàn)對寬帶太赫茲脈沖無損和無畸變的傳輸。

光子晶體光纖可以通過特殊的結構設計提供很高的模式雙折射，從而實現(xiàn)保偏，甚至單模單偏振的光纖。光子晶體光纖提供的模式雙折射通常可以達到10^-3數(shù)量級甚至更高。在太赫茲時域頻譜系統(tǒng)以及太赫茲成像系統(tǒng)中，太赫茲接收器通常具有偏振敏感特性，因此如何實現(xiàn)具有寬帶保偏的太赫茲光纖和波導器件，對于實現(xiàn)可集成化的太赫茲時域頻譜和成像系統(tǒng)極其重要。

發(fā)明內容

為解決背景技術中寬帶太赫茲脈沖的在保偏光纖中無法傳輸?shù)膯栴}，本發(fā)明提供一種基于六角晶格的橢圓空氣孔光子晶體光纖以實現(xiàn)寬帶太赫茲波保偏。

本發(fā)明的技術解決方案如下：

寬帶太赫茲波保偏傳輸光纖，包括纖芯和包層，其特殊之處在于：所述包層內沿光纖長度方向設置有多個橢圓空氣孔，所述多個橢圓空氣孔沿其長軸方向成行排列，每個橢圓空氣孔的長軸為160μm，短軸為80μm，橢圓空氣孔沿長軸方向的間距為200μm，相鄰兩行的三個橢圓空氣孔的中心連線所形成的最小三角形為正三角形，最外側的橢圓空氣孔的中心連線呈正六邊形，每行橢圓空氣孔兩端各向內縮進相同數(shù)量的橢圓空氣孔后所形成的最外側的橢圓空氣孔的中心連線的依然呈正六邊形，所述正六邊形的中心與纖芯的中心重合；位于正六邊形中心處有兩個橢圓空氣孔空缺，空缺位置的上下兩側設置有兩排空氣圓孔，所述兩排空氣圓孔位于最內側的正六邊形內，所述空氣圓孔的半徑為20μm，位于同行的空氣圓孔的間距為80μm，兩行空氣圓孔的間距為190μm，所述兩行空氣圓孔之間的區(qū)域為光纖的纖芯，所述光纖的半徑為1450μm。