本發明專利技術公開一種微結構太赫茲光纖，光纖包括纖芯和包層，所述纖芯由五層六角晶格排列的第一類孔（1）組成；所述包層由基質材料（3）和多層類蜂窩狀結構組成，所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格中六個第一類孔（1）和一個第二類孔（2）組成，所述第一類孔位于六角晶格的頂點，第二類孔（2）位于六角晶格的中心，所述第一類孔（1）和第二類孔（2）間通過基質材料（3）連接；所述包層的等效折射率小于纖芯折射率；所述第一類孔（1）和第二類孔（2）均為空氣孔。此結構可將纖芯基模有效的束縛，纖芯基模能量大部分分布在空氣孔1中，避免了材料吸收損耗，達到寬帶的低損耗THz波傳輸的目的，在0.8至1.5THz范圍內，總損耗可低于0.25dB/cm。
【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(Terahertz，THz)通常是指頻率在O. Γ 10 THz范圍內的電磁波，其波段位于電磁波譜中的微波和紅外之間。THz輻射在很多領域，如通信、傳感、成像、光譜學和醫學都有應用的潛力。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。實現低損耗的波導的主要困難是缺少低吸收系數的介質材料，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，從而有效的降低材料吸收損耗。亞波長光纖采用亞波長尺寸的實心棒為高折射率纖芯，光纖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，一般傳輸帶寬不是很寬。[Y. F. Geng, et al. , “Transmission lossand dispersion in plastic terahertz 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。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，從而減少材料對光的吸收得到了減少。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，在0. 2到0. 8THz范圍內實現了低損耗THz波傳輸。但光纖空氣包層中模場能量所占比例還是比較高，可達20%，光纖只能處于空氣中，不能接觸其它高吸收的介質。
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折射率引導型THz波微結構光纖。本專利技術的技術方案是一種微結構太赫茲光纖，包括纖芯和包層，所述纖芯由五層六角晶格排列的第一類孔組成；所述包層由基質材料和多層類蜂窩狀結構組成，所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格中六個第一類孔和一個第二類孔組成，所述第一類孔位于六角晶格的頂點，第二類孔位于六角晶格的中心，所述第一類孔和第二類孔間通過基質材料連接；所述包層的等效折射率小于纖芯折射率；所述第一類孔和第二類孔均為空氣孔。所述類蜂窩狀結構的層數N彡2。所述纖芯的第一類孔的孔周期80 μ m彡A彡180 μ m。本專利技術的技術效果是包層采用類蜂窩狀的多孔結構，占空比(空氣孔占有比例)比較高，包層有效折射率小，對纖芯模式形成有效束縛，纖芯由六角晶格周期性排列亞波長空氣孔組成，纖芯基模在亞波長空氣孔與材料的界面處發生局域性的增強，在越靠近光纖纖芯的地方，模場強度越強，模場分布呈近高斯分布。基模模場能量大多分布于亞波長空氣孔中，有效的降低了材料吸收損耗。與空芯帶隙THz光纖相比，在保證低損耗的同時，此結構的THz波傳輸帶寬可非常寬，可達O. 7THz。相對于多孔光纖，此結構不受外界環境因素的影響，結構也更穩定，便于制作。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/Λ =0. 75,0. 85和O. 95時，纖芯基模能量在空氣孔中的比值隨頻率的變化； 圖3為d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95時，纖芯基模能量在材料中的比值隨頻率的變化； 圖4為d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95時，吸收損耗隨頻率的變化； 圖5為d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95時，限制損耗隨頻率的變化；圖6為d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95時，總損耗隨頻率的變化； 圖7為d/Λ=0. 85時，纖芯基模有效折射率隨周期Λ的變化； 圖8為d/Λ=0. 85時，吸收損耗隨周期Λ的變化； 圖9為d/Λ=0. 85時，限制損耗隨周期Λ的變化。具體實施例方式圖1給出了本專利技術的多孔光纖的橫截面示意圖，該光纖包括纖芯和包層，纖芯由五層晶格周期性排列的第一類孔I組成，孔周期為Λ，第一類孔I和第二類孔2構成的類蜂窩狀結構，包層由基質材料3和此類蜂窩狀結構組成。在第一類孔I和第二類孔2內填充空氣，折射率為η&，光纖的基質材料的折射率η,第一類孔為亞波長孔，孔直徑為d，則第二類空氣孔直徑為2 A +d。第二類空氣孔實際是由排布在六角晶格中的7個孔組成，其周圍的6個小孔直徑也與第一類孔相同，孔直徑為d，其中心孔直徑為1. 2 Λ，從而使7個孔形成一個整體大孔。纖芯孔周期為人，第一類孔直徑為(1，則第二類孔直徑為0=2人+(1，A變小，則D隨其變小，如果類蜂窩狀結構的層數N不多，纖芯基模得不到有效的束縛，限制損耗會增大，增加類蜂窩狀結構的層數N會增加微結構光纖的制作難度，這里要求Λ ^ δΟμ ο第一類孔直徑為d，d/Λ不變時，纖芯空氣孔周期Λ變大，第一類孔之間的材料絕對尺寸變大，材料吸收損耗增加，同時還會破壞纖芯基模型狀，不利于與普通高斯光源耦合，這里要求Λ ( 180 μ m。纖芯基模能量在多孔光纖不同區域的比值定義為本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種微結構太赫茲光纖，包括纖芯和包層，其特征在于，所述纖芯由五層六角晶格排列的第一類孔（1）組成；所述包層由基質材料（3）和多層類蜂窩狀結構組成，所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格中六個第一類孔（1）和一個第二類孔（2）組成?，所述第一類孔位于六角晶格的頂點，第二類孔（2）位于六角晶格的中心，所述第一類孔（1）和第二類孔（2）間通過基質材料（3）連接；所述包層的等效折射率小于纖芯折射率；所述第一類孔（1）和第二類孔（2）均為空氣孔。
【技術特征摘要】
1.一種微結構太赫茲光纖，包括纖芯和包層，其特征在于，所述纖芯由五層六角晶格排列的第一類孔(I)組成；所述包層由基質材料(3)和多層類蜂窩狀結構組成，所述類蜂窩狀結構的每個單元由排布在六角晶格中六個第一類孔(I)和一個第二類孔(2 )組成，所述第一類孔位于六角晶格的頂點，第二類孔(2)位于六角晶格的中心，所述第一類孔(I)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，戴茂春，王利明，吳偉，
申請(專利權)人：江蘇大學，
類型：發明
國別省市：
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