[實用新型]太赫茲可調磁光波長選擇開關

有效

• 申請號: 202020792423.2
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN213210536U
• 公開（公告）日: 2021-05-14
• 發明（設計）人: 李珊珊;常勝江;范飛;白晉軍
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: G02B6/293
• 分類號: G02B6/293;G02B6/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供了一種基于磁流體填充的、太赫茲可調磁光波長選擇開關。器件基本結構由兩根互相靠近、纖芯具有不同微結構的多孔光纖1和2組成。光纖1是基于等差分層微結構、多孔度15.93％的高雙折射多孔光纖，纖芯微結構基本單元為橢圓，橢圓尺寸從內層到外層逐漸增大；光纖2是多孔度44.81％的多孔光纖，纖芯微結構由三角晶格排列、大小一致的圓形空氣孔組成。在光纖2內層空氣孔填充磁流體，通過調節外磁場來改變磁流體的折射率，從而改變兩光纖的模式匹配點，實現下行波長的動態可調。在0.8THz?1.2THz，本實用新型所述磁光波長選擇開關，能夠實現單波下行連續可調選擇。耦合長度小于16cm，吸收損耗小于0.02dB。

技術領域

本實用新型涉及太赫茲光纖領域，具體涉及一種基于磁流體填充的、太赫茲可調磁光波長選擇開關。

背景技術

太赫茲波通常是指頻率范圍在100GHz-10THz之間的電磁波，介于微波和紅外輻射之間，具有極其豐富的帶寬資源。長久以來，人們對太赫茲波的性質知之甚少。該波段一度被稱為“太赫茲空白”(THz gap)。從上世紀90年代至今，太赫茲領域一度成為學術界炙手可熱的研究熱點。

目前，太赫茲波主要是通過空間光路系統進行傳輸，即依賴于固定在光學平臺上透鏡、反射鏡等器件。系統體積大、成本高、穩定性差，因此嚴重阻礙了太赫茲應用技術的發展。基于光纖的太赫茲波導和功能器件，將有望從根本上實現太赫茲波的柔性、高效傳輸和調控，從而使得太赫茲系統向小型化、便攜化的方向發展。目前，對太赫茲光纖波導、功能器件的研究取得了一定的進展，但對太赫茲通信系統波長級別的靈活調度研究較少。而太赫茲光層調度的基礎，是寬帶的太赫茲波長選擇開關。

根據光纖耦合理論，當兩根平行光纖相互靠近時，在其中傳輸的模場將會引起另一根光纖介質的極化，激勵起導模，從而導致雙方模場的滲透和交疊。

假設光纖A和光纖B是兩個互相靠近，且平行放置的光纖。兩根光纖纖芯的折射率分別為n_c01、n_c02，包層折射率為n_d，基模的傳輸常數分別為β₁、β₂，場分布為E₁(r)、E₂(r)，模場振幅為A₁(z)、A₂(z)，則兩根光纖的模場分布可表示為：

兩根光纖的耦合效率可表示為：其中L為耦合區域的長度，ξ為耦合系數。耦合效率η是波長λ的函數。

耦合長度是指導模能量由光纖1完全轉移到光纖2所需要的最短長度，可以表示為

對于兩根結構復雜的光纖構成的耦合系統，當兩光纖同時支持某種特定的傳輸模式，即兩種模式在光纖1和光纖2中的有效折射率相近時，該模式能夠在兩根光纖之間發生耦合。對于兩光纖有效折射率差值較大的模式，則不會發生耦合，該模式將保留在原光纖中傳輸。利用這一點，可以實現對光信號的定向耦合、偏振分離或波長選擇。

發明內容

本實用新型提供了一種通過波導耦合方法，構建的簡單、低成本、可調的磁光波長選擇開關。基于光纖模式耦合理論，通過對多孔光纖纖芯微結構的特殊設計，能夠實現對特定波長太赫茲波的選擇式耦合。通過在輸出端光纖中填充折射率可調的磁流體，來實現連續可調波長選擇開關功能。該器件可以作為太赫茲通信系統ROADM(可重構光分插復用器)的基礎部件。

所述基于磁流體填充的、太赫茲可調磁光波長選擇開關，由兩根互相平行且靠近、纖芯微結構不同的多孔光纖組成，分別記為光纖1和光纖2。光纖1為線路側(多路信號傳輸，波長復用)，光纖2為客戶側(單波下行，可調波長選擇)。