[实用新型]太赫兹光子晶体光纤

说明书

(一）技术领域

本实用新型涉及太赫兹波导技术领域，具体涉及一种具有高双折射的太赫兹光子晶体光纤。

（二）背景技术

太赫兹波在电磁波谱中处于微波与红外辐射波之间，其频率范围为0.1～10THz。近年来，随着太赫兹辐射源和探测技术的进步，太赫兹波越来越受到人们的关注，但是由于太赫兹波在自由空间中传输衰减极大，而太赫兹波导能够有效解决传输衰减大的问题，所以，研制太赫兹波导具有重要的实际意义。

在普通单模光纤中，如果光纤受到垂直于轴向随机的压力作用，在光纤端面将会由完美的圆形结构转变成为一定程度上的椭圆结构，两个正交偏振方向上的偏振模式不再简并，它的模式常数β略有不同，并在传播过程中相互耦合，这种模态双折射效应会使入射的线偏振态传输一段距离后转变为任意态，即入射的光信号发生随机双折射。为了维持模式的偏振特性，可以人为地引入高双折射，双折射的强弱可以用模式拍长L_B和两个正交方向上的折射率差B＝|n_x-n_y|表示。所以，在太赫兹波导设计中同样需要考虑双折射的问题。

光子晶体光纤又称为多孔光纤或微结构光纤，是当前国际研究的热点之一。该光纤的横截面可分为纤芯和包层。纤芯为折射率高于包层有效折射率的实心背景材料，或者为空气孔，或者插入折射率低于背景材料的其它导光的纤芯。包层环绕纤芯，包层的折射率低于纤芯，其上有规则排列的空气孔沿轴向延伸。此类光子晶体光纤通过全内反射原理进行导光。通过调整光子晶体光纤端面空气孔大小、形状及孔间距等参数，使得光纤端面两个正交方向存在较大的折射率差，从而能够获得高双折射特性。

光子晶体光纤技术为太赫兹波导技术的实际应用提供了一个良好的平台。高双折射太赫兹光子晶体光纤，在太赫兹传感和通信方面得到广泛地应用。目前对高双折射太赫兹光子晶体光纤的研究较多的分别是空芯结构的光子禁带型光子晶体光纤、利用空气作为包层结构的折射率导模型光子晶体光纤以及在纤芯引入小孔的折射率导模型光子晶体光纤。利用空气包层容易受到外界环境因素干扰，而在纤芯引入小孔或者空芯结构，将会增加制作上的技术难度。

需要在较宽太赫兹波段内具有高双折射特性的太赫兹光子晶体光纤，且该结构要易于制作实现。

（三）实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种太赫兹光子晶体光纤，其包层的空气孔为均匀分布在背景材料中的菱形空气单元，每个菱形空气单元由4个空气孔组成。能够在太赫兹波段范围内具有高双折射率。

本实用新型设计的太赫兹光子晶体光纤，该光纤的横截面分为纤芯和包层。纤芯为实心的背景材料，包层环绕纤芯，其上有规则排列的空气孔沿轴向延伸，故包层的折射率低于纤芯的折射率；所述光纤横截面上包层的空气孔结构相同，且每4个空气孔组成一个结构相同的菱形空气单元，包层上的多个菱形空气单元在背景材料中呈周期性排列。

所述空气孔为椭圆空气孔，长轴和短轴分别为b和a，且椭圆空气孔的长轴与菱形空气单元的长对角线平行。

a/b=η。理论上η的取值范围为0<η≤1,η值越小，椭圆的形状就越细长，包层折射率的各向异性就越大，太赫兹波就更容易弥散到包层区域内，即更容易形成高双折射，但是同时增大了传输的泄露损耗，也加大了椭圆孔的制作难度。而η趋近于1，椭圆即近似圆形，包层中折射率的各向异性就较小，双折射效应就相对较弱。综合考虑包层的泄露损耗和双折射效应，较佳方案为0.5≤η≤1。

所述各菱形空气单元的横向对角线Λ_a均相等，纵向对角线Λ_b也相等，0<Λ_a/Λ_b≤1。较佳方案为0.4≤Λ_a/Λ_b≤1。

所述实心的背景材料的纤芯所占区域为一个菱形空气单元所占区域。且纤芯所占区域与其它菱形空气单元按相同周期排列。

所述包层内的菱形空气单元呈周期性排列，以某个菱形空气单元的横向对角线和纵向对角线的交点为该菱形空单元的中心，同一排的菱形空气单元的中心处于同一直线，且同一排中相邻的菱形空气单元中心的横向间距Λ_x均相等。相邻的两排的菱形空气单元错开，每间隔一排纵向的菱形空气单元成一列，同列的菱形空气单元的中心处于同一直线，且同一列中相邻的菱形空气单元中心的纵向间距Λ_y均相等，各列菱形空气单元的中心所处的直线相互间距相等。较佳方案为0.25≤Λ_x/Λ_y≤0.5。