高双折射/宽带微结构太赫兹光纤的设计与特性研究

来源 :中国科学院研究生院(西安光学精密机械研究所) | 被引量 : 3次 | 上传用户:linmu22952
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太赫兹(THz)波介于微波和可见光之间,因为其在电磁波频谱中位置特殊,所以THz波展现出了很多特殊的性质和潜在的应用。然而,绝大多数THz系统和THz通讯实验都是基于体积较大的、需要专业对准与调整、环境易引起不确定损耗的自由空间光学,给使用带来较大不便。因此迫切需要研究合适的用于低损耗太赫兹波传输的波导。聚合物材料具有制备方法多样、原材料价格便宜、成型温度低、重量轻等诸多优点,而且在THz波段具有吸收低、色散小的特性;微结构光纤具有很多传统光纤所无法实现的新奇特性,如带宽可调、色散可调、无限单模、高非线性和高双折射等。因此,开发低损耗的具有保偏、宽带宽、色散平坦等特性的用于THz波传输的微结构聚合物光纤对新一代THz传输技术将起到非常重要的作用。本论文的主要研究内容如下:(1)为实现THz波的低损耗、宽带、单模、偏振保持传输,设计并优化了一种多孔型微结构聚合物光纤。利用全矢量有限元分析方法数值模拟了其单模传输条件下的模式双折射、损耗特性。计算结果表明,通过顺时针旋转微结构光纤内所有椭圆孔的主轴方向,发现该微结构光纤存在一个最优的旋转角度(30°)。在此旋转角度下,模式双折射可以得到有效提高。在0.73~1.18THz的单模带宽内模式双折射可达4.4510-2;由于有效降低了Topas COC材料的吸收损耗,x和y偏振模可以实现分别低于0.20dB/cm和0.15dB/cm的低损耗传输。该光纤可应用于THz波的单模保偏低损耗传输。(2)将多孔型光纤与空气芯光子带隙型光纤结合在一种光纤中,设计了一种多孔芯光子带隙型微结构聚合物光纤。利用平面波展开法对其带宽特性进行了数值模拟,发现与传统空气芯带隙型光纤相比,该微结构光纤有效地提高了THz波的传输带宽;利用全矢量有限元法分析了损耗和色散特性,计算结果表明,在Topas COC材料低损耗的基础上,该光纤的传输损耗进一步被降低。除此之外,该光纤还具有平坦色散的优点,色散在±2.5ps/THz/cm之间的平坦带宽可达170GHz。该光纤可应用于远距离太赫兹通信技术领域。
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