[發(fā)明專利]基于玻璃的太赫茲光學波導及其形成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201880053370.8
• 申請日: 2018-08-20
• 公開（公告）號: CN111051939B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李明軍;G·R·特羅特
• 申請（專利權(quán)）人: 康寧股份有限公司
• 主分類號: G02B6/02
• 分類號: G02B6/02;H01P3/00
• 代理公司: 上海專利商標事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 徐鑫;項丹

本文所揭示的基于玻璃的THz光學波導(10)用于引導THz頻率為0.1THz至10THz的光學信號，并且包括被包層(30)圍繞的纖芯(20)。纖芯具有30μm至10mm的直徑D1，并且是由折射率nsubgt;1/subgt;的熔凝二氧化硅玻璃制造的。包層由聚合物或者玻璃或玻璃煙炱制造，并且具有折射率nsubgt;2/subgt;nsubgt;1/subgt;和外直徑D2為100μm至12mm。可以采用基于光纖、陶瓷和煙炱的技術(shù)的延伸的工藝，來形成THz光學波導。在一個例子中，THz波導在100GHz的介電損耗Dsubgt;f/subgt;0.005。

本申請根據(jù)35?U.S.C.§119，要求2017年8月18日提交的美國臨時申請系列第62/547,342號的優(yōu)先權(quán)，本文以該申請為基礎(chǔ)并將其全文通過引用結(jié)合于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及光學波導，具體來說，涉及運行在太赫茲波長的基于玻璃的光學波導及其形成方法。

背景技術(shù)

光學通訊系統(tǒng)通常運行在波長約為1000nm至2000nm的電磁譜的近紅外波段。其他類型的通訊系統(tǒng)(例如，手機系統(tǒng))運行在約3kHz至60GHz的電磁(EM)譜的無線電波段，計劃將該范圍延伸至微波段，這延伸至最高達約300GHz。現(xiàn)有技術(shù)開發(fā)的基于CMOS的EM輻射源和能夠運行在大于100GHz頻率的接收器已經(jīng)部分實現(xiàn)了移動到越來越高的RF和微波頻率。

通常，認為EM譜的太赫茲波長范圍是0.1THz(＝100GHz)至10THz(10000GHz)，對應(yīng)的自由空間波長表示為λ_o并且范圍是3mm至0.03mm。在具有介電常數(shù)的實部ε_r的介電材料中，波長λ表示為λ＝λ_o/(ε_r)^1/2。更一般地，介電常數(shù)表示為ε_r＝ε_r+iε_i，式中，ε_i是介電常數(shù)的虛部或損耗部。因此，太赫茲(“THz”)波導可用于限制和傳輸THz光學信號從源位置到接收器位置。對于100GHz＝0.1THz的光學信號，實心(solid)熔凝二氧化硅中的對應(yīng)波長是約1.5mm。在300GHz＝0.3THz，對應(yīng)波長是約0.5mm。

大部分的THz波導是由金屬或者塑料制造的，而不是由玻璃制造的，因為大部分的玻璃的透射率在THz頻率不是特別好。雖然熔凝二氧化硅玻璃在THz頻率具有較好的透射率，但是其相比于金屬和塑料是較為脆性的，并且因此使得其難以形成商業(yè)上可行的THz波導產(chǎn)品。換言之，商業(yè)上可行的THz波導產(chǎn)品需要同時具有足夠低的THz頻率范圍中的損耗并且是機械上牢固的，從而可以在寬范圍的環(huán)境中長期運行。

發(fā)明內(nèi)容

本公開內(nèi)容的一個方面涉及形成基于玻璃的THz波導的方法。THz波導可以采用如下工藝形成，所述工藝是用于撓性機械形式的熔凝二氧化硅、陶瓷Al₂O₃或ULE材料的基于光纖、陶瓷和煙炱的技術(shù)的延伸。在例子中，用于形成THz波導的材料或多種材料在100GHz或者0.1至10THz的THz頻率范圍內(nèi)的介電損耗D_f＝ε_i/ε_r0.005。

本公開內(nèi)容的一個方面是用于引導光學信號的THz波導，所述光學信號具有0.1THz至10THz的THz頻率。THz波導包括：直徑D1是30μm至10mm的纖芯，所述纖芯包含熔凝二氧化硅玻璃或者由熔凝二氧化硅玻璃構(gòu)成，并且具有折射率n₁；以及緊鄰圍繞纖芯的包層，所述包層包含聚合物或玻璃或玻璃煙炱或者由聚合物或玻璃或玻璃煙炱構(gòu)成，并且具有折射率n₂n₁以及100μm至12mm的外直徑D2。

本公開內(nèi)容的另一個方面是THz數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其包括：上文所述的THz波導，且具有第一端和第二端；以可操作方式連接到第一端的THz源；和光學連接到第二端的THz接收器。