[发明专利]一种太赫兹光纤

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信领域，尤其涉及传输太赫兹波的光纤。

背景技术

太赫兹( Terahertz, THz) 通常是指频率在0. 1~ 10 THz范围内的电磁波, 其波段位于电磁波谱中的微波和红外之间。THz 辐射在很多领域,如通信、传感、成像、光谱学和医学都有应用的潜力。近年来，越来越多的国内外课题组进行了低损耗THz 波导的研究，由于空气对THz的吸收近似为零，各种波导设计致力于即能束缚THz波在波导里传输又能将纤芯模能量更多的分布于空气中，从而有效的降低材料吸收损耗, 例如亚波长光纤，多孔光纤和空心光纤。

亚波长光纤[S.P. Jamison, et al., “Single-mode waveguide propagation and reshaping of sub-ps terahertz pulses in sapphire fibers,” Appl. Phys. Lett., 2000 76:1987]采用亚波长尺寸的实心棒为高折射率纤芯，光纤周围的空气作为包层，由于光纤横向直径较小，传导模更多的分布于纤芯周围的空气包层里，从而达到降低吸收损耗的目的。这种光纤的主要缺点是大部分传导模能量分布于空气包层中，传输过程易受外界环境影响。S. Atakaramians [S. Atakaramians,et al., “Porous fibers: a novel approach to low loss THz waveguides,” Opt. Express，2008, 16(12): 8845] 提出的多空光纤以六角晶格排列的亚波长空气孔组成的结构为纤芯，纤芯外空气作为包层，形成全内反射光纤。空气孔所占纤芯比例较大，模场能量大部分分布在空气孔中，从而减少了材料对光的吸收。虽然此光纤能将大部分模场能量限制在纤芯中，但对光纤的任何接触仍会严重影响纤芯模传输。Daru Chen [Daru Chen and Haibin Chen, “A novel low-loss Terahertz waveguide: Polymer tube,” Opt. Express, 18, 3762-3767 (2010)] 提出了介质管光纤，它以薄的低吸收损耗的介质圆环作为光纤包层，圆环内圆形空气区域为纤芯，THz波被有效的限制在空心的纤芯中，从而实现低吸收损耗，同样的问题是这种光纤不便于接触，其外表接触环境的变化对THz波传输有比较大的影响。

空芯光子带隙光纤是一种更优的选择，THz波在空芯中传输，即能实现THz波以低损耗长距离传输，又能有效的免除外界环境的干扰，但其传输带宽受到光纤带隙宽度的限制，一般传输带宽不是很宽。[Y. F. Geng, et al., “Transmission loss and dispersion in plastic terahertz photonic band-gap fibers,” Appl. Phys. B, 2008 91: 333] 。

发明内容

针对以上的不足，本发明提供一种能实现低损耗、宽带和免受外部干扰的折射率引导型太赫兹波微结构光纤。

本发明的技术方案是：一种太赫兹光纤，包括纤芯和包层，由周期性排布的层状介质和空气层交替排布在x方向，在y方向排布相同的结构，并通过外侧的介质圆管组成稳定结构。正交部分作为光纤的纤芯，正交部分以外的层状介质、空气层、四个大的空气孔和外侧的介质圆管作为光纤包层，整体呈全内反射结构。

为方便描述，做如下表示：层状介质排布周期为Λ，宽度为d，介质圆管内直径为D，厚度为D₁。在纵向和横向纤芯外侧距离介质圆管内壁的距离均为M，在x和y方向排布的层状介质条数均为N。