专利名称：一种微结构太赫兹光纤的制作方法
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O. Γ 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。要实现宽频带、大容量的远程通信系统，研发一种低损耗的THz波导也成为首要需解决的技术。实现低损耗的波导的主要困难是缺少低吸收系数的介质材料，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。亚波长光纤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. 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 lossand dispersion in plastic terahertz photonic band-gap fibers, ” App1. Phys. B,2008 91: 333]。多孔光纤可被认为是 能与空心光子带隙光纤相比拟的一种低损耗光纤，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，从而减少材料对光的吸收得到了减少。这种光纤即能满足THz波的低损耗的长距离传输又能将大部分模场能量限制在纤芯中，在0. 2到0. 8THz范围内实现了低损耗THz波传输。但光纤空气包层中模场能量所占比例还是比较高，可达20%，光纤只能处于空气中，不能接触其它高吸收的介质。
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THz波微结构光纤。本发明的技术方案是一种微结构太赫兹光纤，包括纤芯和包层，所述纤芯由五层六角晶格排列的第一类孔组成；所述包层由基质材料和多层类蜂窝状结构组成，所述类蜂窝状结构的每个单元由排布在六角晶格中六个第一类孔和一个第二类孔组成，所述第一类孔位于六角晶格的顶点，第二类孔位于六角晶格的中心，所述第一类孔和第二类孔间通过基质材料连接；所述包层的等效折射率小于纤芯折射率；所述第一类孔和第二类孔均为空气孔。所述类蜂窝状结构的层数N彡2。所述纤芯的第一类孔的孔周期80 μ m彡A彡180 μ m。本发明的技术效果是包层采用类蜂窝状的多孔结构，占空比(空气孔占有比例)比较高，包层有效折射率小，对纤芯模式形成有效束缚，纤芯由六角晶格周期性排列亚波长空气孔组成，纤芯基模在亚波长空气孔与材料的界面处发生局域性的增强，在越靠近光纤纤芯的地方，模场强度越强，模场分布呈近高斯分布。基模模场能量大多分布于亚波长空气孔中，有效的降低了材料吸收损耗。与空芯带隙THz光纤相比，在保证低损耗的同时，此结构的THz波传输带宽可非常宽，可达O. 7THz。相对于多孔光纤，此结构不受外界环境因素的影响，结构也更稳定，便于制作。
图1为光纤结构示意 其中1第一类孔，2第二类孔，3基质材料；
图2为d/Λ =0. 75,0. 85和O. 95时，纤芯基模能量在空气孔中的比值随频率的变化； 图3为d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95时，纤芯基模能量在材料中的比值随频率的变化；
图4为d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95时，吸收损耗随频率的变化；
图5为d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95时，限制损耗随频率的变化；图6为d/Λ=0. 75,0. 85和O. 95时，总损耗随频率的变化；
图7为d/Λ=0. 85时，纤芯基模有效折射率随周期Λ的变化；
图8为d/Λ=0. 85时，吸收损耗随周期Λ的变化；
图9为d/Λ=0. 85时，限制损耗随周期Λ的变化。
具体实施例方式图1给出了本发明的多孔光纤的横截面示意图，该光纤包括纤芯和包层，纤芯由五层晶格周期性排列的第一类孔I组成，孔周期为Λ，第一类孔I和第二类孔2构成的类蜂窝状结构，包层由基质材料3和此类蜂窝状结构组成。在第一类孔I和第二类孔2内填充空气，折射率为η&，光纤的基质材料的折射率η,第一类孔为亚波长孔，孔直径为d，则第二类空气孔直径为2 A +d。第二类空气孔实际是由排布在六角晶格中的7个孔组成，其周围的6个小孔直径也与第一类孔相同，孔直径为d，其中心孔直径为1. 2 Λ，从而使7个孔形成一个整体大孔。纤芯孔周期为人，第一类孔直径为(1，则第二类孔直径为0=2人+(1，A变小，则D随其变小，如果类蜂窝状结构的层数N不多，纤芯基模得不到有效的束缚，限制损耗会增大，增加类蜂窝状结构的层数N会增加微结构光纤的制作难度，这里要求Λ ^ δΟμ ο第一类孔直径为d，d/Λ不变时，纤芯空气孔周期Λ变大，第一类孔之间的材料绝对尺寸变大，材料吸收损耗增加，同时还会破坏纤芯基模型状，不利于与普通高斯光源耦合，这里要求Λ ( 180 μ m。纤芯基模能量在多孔光纤不同区域的比值定义为
权利要求
1.一种微结构太赫兹光纤，包括纤芯和包层，其特征在于，所述纤芯由五层六角晶格排列的第一类孔(I)组成；所述包层由基质材料(3)和多层类蜂窝状结构组成，所述类蜂窝状结构的每个单元由排布在六角晶格中六个第一类孔(I)和一个第二类孔(2 )组成，所述第一类孔位于六角晶格的顶点，第二类孔(2)位于六角晶格的中心，所述第一类孔(I)和第二类孔(2)间通过基质材料(3)连接；所述包层的等效折射率小于纤芯折射率；所述第一类孔(I)和第二类孔(2)均为空气孔。
2.根据权利要求书I所述的一种微结构太赫兹光纤，其特征在于所述类蜂窝状结构的层数N彡2。
3.根据权利要求书I所述的一种微结构太赫兹光纤，其特征在于所述纤芯的第一类孔(O的孔周期80 μ m < A < 180 μ m。
全文摘要
本发明公开一种微结构太赫兹光纤，光纤包括纤芯和包层，所述纤芯由五层六角晶格排列的第一类孔(1)组成；所述包层由基质材料(3)和多层类蜂窝状结构组成，所述类蜂窝状结构的每个单元由排布在六角晶格中六个第一类孔(1)和一个第二类孔(2)组成，所述第一类孔位于六角晶格的顶点，第二类孔(2)位于六角晶格的中心，所述第一类孔(1)和第二类孔(2)间通过基质材料(3)连接；所述包层的等效折射率小于纤芯折射率；所述第一类孔(1)和第二类孔(2)均为空气孔。此结构可将纤芯基模有效的束缚，纤芯基模能量大部分分布在空气孔1中，避免了材料吸收损耗，达到宽带的低损耗THz波传输的目的，在0.8至1.5THz范围内，总损耗可低于0.25dB/cm。
文档编号G02B6/02GK103048730SQ20121058391
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者祝远锋, 张永康, 陈明阳, 杨继昌, 戴茂春, 王利明, 吴伟 申请人:江苏大学