專利名稱：一種微結(jié)構(gòu)太赫茲光纖的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及光纖通信領域，尤其涉及傳輸太赫茲波的光纖。
背景技術(shù)：
太赫茲(Terahertz，THz)通常是指頻率在O. Γ 10 THz范圍內(nèi)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(yī)學都有應用的潛力。要實現(xiàn)寬頻帶、大容量的遠程通信系統(tǒng)，研發(fā)一種低損耗的THz波導也成為首要需解決的技術(shù)。實現(xiàn)低損耗的波導的主要困難是缺少低吸收系數(shù)的介質(zhì)材料，近年來，越來越多的國內(nèi)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(huán)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(yōu)的選擇，THz波在空芯中傳輸，即能實現(xiàn)THz波以低損耗長距離傳輸，又能有效的免除外界環(huán)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(jié)構(gòu)為纖芯，纖芯外空氣作為包層，形成全內(nèi)反射光纖?？諝饪姿祭w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(nèi)實現(xiàn)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(zhì)。
發(fā)明內(nèi)容
針對以上的不足，本發(fā)明提供一種能實現(xiàn)低損耗、寬帶和免受外部干擾的折射率引導型THz波微結(jié)構(gòu)光纖。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種微結(jié)構(gòu)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(zhì)材料和多層類蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成，所述類蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)的層數(shù)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。本發(fā)明的技術(shù)效果是包層采用類蜂窩狀的多孔結(jié)構(gòu)，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(fā)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?；Ｄ瞿芰看蠖喾植加趤啿ㄩL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(jié)構(gòu)的THz波傳輸帶寬可非常寬，可達O. 7THz。相對于多孔光纖，此結(jié)構(gòu)不受外界環(huán)境因素的影響，結(jié)構(gòu)也更穩(wěn)定，便于制作。
圖1為光纖結(jié)構(gòu)示意 其中1第一類孔，2第二類孔，3基質(zhì)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給出了本發(fā)明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(gòu)成的類蜂窩狀結(jié)構(gòu)，包層由基質(zhì)材料3和此類蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成。在第一類孔I和第二類孔2內(nèi)填充空氣，折射率為η&，光纖的基質(zhì)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(jié)構(gòu)的層數(shù)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(jié)構(gòu)的層數(shù)N會增加微結(jié)構(gòu)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(qū)域的比值定義為
權(quán)利要求
1.一種微結(jié)構(gòu)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(zhì)材料(3)和多層類蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成，所述類蜂窩狀結(jié)構(gòu)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)間通過基質(zhì)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(I)和第二類孔(2)均為空氣孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種微結(jié)構(gòu)太赫茲光纖，其特征在于所述類蜂窩狀結(jié)構(gòu)的層數(shù)N彡2。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的一種微結(jié)構(gòu)太赫茲光纖，其特征在于所述纖芯的第一類孔(O的孔周期80 μ m < A < 180 μ m。
全文摘要
本發(fā)明公開一種微結(jié)構(gòu)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(zhì)材料(3)和多層類蜂窩狀結(jié)構(gòu)組成，所述類蜂窩狀結(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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?shù)哪康?，?.8至1.5THz范圍內(nèi)，總損耗可低于0.25dB/cm。
文檔編號G02B6/02GK103048730SQ20121058391
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月31日
發(fā)明者祝遠鋒, 張永康, 陳明陽, 楊繼昌, 戴茂春, 王利明, 吳偉 申請人:江蘇大學