本發明專利技術公開一種太赫茲多孔光纖，多孔纖芯由內部纖芯和外部纖芯組成，所述內部纖芯由十三個六角晶格周期性排列的第一類孔組成，外部纖芯由第一類孔和第二類孔組成的類蜂窩狀結構，以及所述類蜂窩狀結構外包裹的基質材料組成。本發明專利技術使光纖模場在空氣孔和材料的界面處產生局域性的增強效應，使大部分能量分布于亞波長的空氣孔中，達到多個寬帶的低損耗太赫茲波傳輸的目的。?
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及光纖通信領域，尤其涉及傳輸太赫茲波的光纖。
技術介紹
太赫茲波(Terahertz, THz)是指頻率位于O.1THz到IOTHz波段的電磁波。近二十多年以來，低尺度半導體和超快光電子技術的發展為THz脈沖的產生提供了穩定、可靠的激發光源，THz輻射機制、檢測技術和應用技術研究得到快速發展，THz波具有很多優越的特性和重要的應用價值，已經被廣泛應用于物體成像、光譜分析、醫療診斷、材料分析測試、環境檢測以及通訊雷達等領域。迄今，大部分THz系統都是基于THz波在自由空間中的傳輸。這種結構體積龐大，不易集成，易受到外界的干擾，特別是水蒸氣的影響，給THz系統的穩定性以及集成化帶來較大的困難，THz波導器件的發展有望解決這些問題。然而由于金屬有限的電導率以及電介質高的吸收系數，造成了傳統的微波波段的金屬波導和可見及紅外波段的電介質光纖都不能用來長距離傳輸THz波。要實現寬頻帶、大容量的遠程通信系統，研發一種低損耗的THz波導也成為首要需解決的技術。近年來，越來越多的國內外課題組進行了低損耗THz波導的研究，由于空氣對THz的吸收近似為零，各種波導設計致力于即能束縛THz波在波導里傳輸又能將纖芯模能量更多的分布于空氣中，設計類型主要有亞波長尺度光纖、空芯光子帶隙光纖和多孔光纖等。亞波長光纖采用亞波長尺寸的實心棒為高折射率纖芯，纖芯周圍的空氣作為包層，由于光纖橫向直徑較小，傳導模更多的分布于纖芯周圍的空氣包層里，從而達到降低吸收損耗的目的。這種光纖的主要缺點是大部分傳導模能量分布于空氣包層中，傳輸過程易受外界環境影響[S. P. Jamison, et al. , ^Single-mode waveguide propagation andreshaping of sub-ps terahertz pulses in sapphire fibers, ” App1. Phys. Lett.,2000 76:1987]。空芯光子帶隙光纖是一種更優的選擇，THz波在空芯中傳輸，即能實現THz波以低損耗長距離傳輸，又能有效的免除外界環境的干擾，但其傳輸帶寬受到光纖帶隙寬度的限制。[Y. F. Geng, et al. , “Transmission loss and dispersion in plasticterahertz photonic band-gap fibers,” App1. Phys. B, 2008 91: 333]。多孔光纖可被認為是能與空心光子帶隙光纖相比擬的一種低損耗光纖，S.Atakaramians [S. Atakaramians, et al. , “Porous fibers: a novel approach to lowloss THz waveguides,” Opt. Express, 2008, 16(12): 8845]提出的多空光纖以六角晶格排列的亞波長空氣孔組成的結構為纖芯，纖芯外空氣作為包層，形成全內反射光纖。纖芯基模在空氣孔與材料的界面處發生局域性的增強，因為每個界面處的模場強度增強系數為常數，所以模場強度增強的區域依賴于亞波長孔分布的位置，在越靠近光纖纖芯的地方，模場強度越強，因此模場分布呈近高斯分布。由于空氣孔所占纖芯比例較大，模場能量大部分分布在空氣孔中，從而減少了材料對THz波的吸收。這種光纖即能滿足THz波的低損耗的長距離傳輸又能將大部分模場能量限制在纖芯中，降低了光傳輸過程中外部環境對其的干擾。光纖空氣包層中模場能量所占比值可低于總能量的20%。J. J. Bai [J. J. Bai, et al.，“A porous terahertz fiber with randomly distributed air holes” App1. Phys. B,2011 103: 381]等人提出了一種任意排列的多孔光纖，相對于六角晶格周期性排列的多孔光纖空氣包層中能量所占比值可降低三分之一左右，但這種結構增加了材料損耗。
技術實現思路
針對以上的不足，本專利技術提供一種能實現低損耗、寬帶和免受外部干擾的用于太赫茲波傳輸的折射率引導型多孔光纖。本專利技術的技術方案是多孔纖芯由內部纖芯和外部纖芯組成，所述內部纖芯由十三個六角晶格周期性排列的第一類孔組成，外部纖芯由第一類孔和第二類孔組成的多層類蜂窩狀結構，以及所述類蜂窩狀結構外包裹的基質材料組成，所述多孔纖芯外是空氣包層；所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格頂點的六個第一類孔和中間的一個第二類孔形成的整體大孔所組成，所述第一類孔和第二類孔之間通過基質材料連接。所述第一類孔和第二類孔均為小于太赫茲波波長λ的亞波長空氣孔，第一類孔的直徑為山第二類空氣孔的直徑為2 Λ+d，其中Λ為內部纖芯孔周期。為了降低纖芯模能量在空氣包層中的分布，光纖要求由第一類孔I和第二類孔2組成的類蜂窩狀結構外部纖芯層數N > 2。本專利技術的技術效果是ΤΗζ多孔光纖是一種全內反射型微結構光纖，周期性排列的亞波長空氣孔結構為纖芯，纖芯外為空氣包層。模場在空氣與材料的界面處發生局域性的增強，因為每個界面處的模場能量增強系數為常數，所以模場能量增強的位置依賴于亞波長孔分布的位置，在越靠近光纖纖芯的地方，模場能量越強，因此模場分布呈近高斯分布。另外模場能量大部分分布于空氣孔中，因此能實現THz波的低損耗長距離傳輸。如果將多孔光纖結構的纖芯分為內部纖芯和外部纖芯，外部纖芯平均折射率小于內部纖芯平均折射率，當波長較短時，模場能量更`多的分布于內部纖芯，隨著波長的增加模場能量逐漸擴散至外部纖芯，由于外部纖芯的占空比(空氣孔占有比例)更大，材料吸收損耗將隨之降低，并且模場能量主要分布于纖芯區`域，極少擴散至空氣包層中。這樣設計的優點主要有兩點，一是實現多個寬帶的低損耗THz波傳輸；二是將模場能量有效的束縛于纖芯內，減少了外界環境對光纖傳輸性能的影響。另外光纖僅由一種材料制作而成，因而更易制作，光纖性能也更穩定。附圖說明圖1為光纖結構示意 其中1第一類孔，2第二類孔，3基質材料； 圖2為d/A=0. 75時，模場能量在空氣孔、基質材料和空氣包層中的比值分別隨頻率的變化； 圖3為d/Λ=0. 85時，模場能量在空氣孔、基質材料和空氣包層中的比值分別隨頻率的變化； 圖4為d/Λ=0. 95時，模場能量在空氣孔、基質材料和空氣包層中的比值分別隨頻率的變化；圖5為損耗隨頻率的變化。具體實施例方式本專利技術的太赫茲光纖由多孔纖芯和空氣包層組成，光纖纖芯分為內部和外部兩部分。內部纖芯由周期性排列的亞波長空氣孔組成，外部纖芯由N層改進的類蜂窩型亞波長空氣孔組成，纖芯外是空氣包層，光纖基于全內反射原理導光。需要說明的是多孔光纖里空氣孔都為亞波長孔，第一類孔直徑為山則第二類空氣孔直徑為2 Λ+d，其大小應小于太赫茲波波長λ，從而保證第二類孔為亞波長孔。因為是多孔光纖，纖芯外空氣作為包層，多孔光纖纖芯外沿與纖芯內最外層空氣孔的絕對距離比較大會引起纖芯模能量在此材料區域大的分布，從而增加了材料吸收損耗，這里要求纖芯直徑距離D ( 15Λ，但此絕對距離過小，光纖拉制過程中容易變形，為了便于制作，這里要求D彡14 Λ。圖1給出了本專利技術的多孔光纖的橫截面示意圖本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種太赫茲多孔光纖，包括多孔纖芯和空氣包層，其特征在于，多孔纖芯由內部纖芯和外部纖芯組成，所述內部纖芯由十三個六角晶格周期性排列的第一類孔（1）組成，外部纖芯由第一類孔（1）和第二類孔（2）組成的多層類蜂窩狀結構，以及所述類蜂窩狀結構外包裹的基質材料（3）組成，所述多孔纖芯外是空氣包層；所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格頂點的六個第一類孔（1）和中間的一個第二類孔（2）形成的整體大孔所組成，所述第一類孔（1）和第二類孔（2）之間通過基質材料（3）連接。
【技術特征摘要】
1.一種太赫茲多孔光纖，包括多孔纖芯和空氣包層，其特征在于，多孔纖芯由內部纖芯和外部纖芯組成，所述內部纖芯由十三個六角晶格周期性排列的第一類孔(1)組成，外部纖芯由第一類孔(1)和第二類孔(2)組成的多層類蜂窩狀結構，以及所述類蜂窩狀結構外包裹的基質材料(3)組成，所述多孔纖芯外是空氣包層；所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格頂點的六個第一類孔(1)和中間的一個第二類孔(2)形成的整體大孔所組成，所述第一類孔(1)和第二類孔(2 )...
【專利技術屬性】
技術研發人員：祝遠鋒，張永康，陳明陽，楊繼昌，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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