新型太赫兹波塑料光子晶体光纤的特性研究

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太赫兹波(THz)的特殊位置和其本身的优越特性,使它具有非常重要的学术和应用价值。目前THz波传输主要基于自由空间,对于THz波的低损耗、低色散的长距离传输,是科研人员面临的一项难题。光子晶体光纤有着许多优异的特性和广泛的应用前景,塑料材料在THz波段吸收很低,这为研制低损耗、低色散THz波塑料光子晶体光纤提供了新思路。本文提出了一种新型THz波复合塑料光子晶体光纤,包层由聚乙烯介质中含有两种直径不同的聚四氟乙烯孔周期性排列而成,纤芯为聚四氟乙烯。应用平面波法(PWM)分析了这种THz波塑料光子晶体光纤的带隙结构,研究了聚四氟乙烯填充率对光子带隙结构的影响。分别应用时域有限差分法(FDTD)和频域有限差分法(FDFD)分析了THz波塑料光子晶体光纤的色散特性和损耗特性。结果表明:通过调节包层中大小聚四氟乙烯孔的直径以及孔间距,能得到在波长46? m ? 54?m范围内将波导色散值控制在0 ? 0.5ps /(km?nm)范围内的THz波平坦色散塑料光子晶体光纤,并且此光纤的泄露损耗在47. 5?m处达到最低值2.6dB/km。本文提出的THz波塑料光子晶体光纤是一种适合THz波传输的光子带隙效应型波导,在THz波段具有良好的传输特性,而且相对于光波段光子晶体光纤而言,塑料光子晶体光纤在成本、制作工艺方面都有非常明显的优势。根据生产工艺中可能出现的缺陷态,构造出相应的理论模型,通过仿真计算分析其对THz波塑料光子晶体光纤特性的影响。包层晶格缺失和包层晶格失配都会使光纤的带隙宽度变窄、光纤的零色散点改变、损耗增加等等,但是包层晶格缺失的出现会或多或少的使色散曲线更趋于平坦。研究将有助于THz器件的发展,在生产与设计中起指导作用。
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