一種高雙折射太赫茲光纖的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種太赫茲光纖，包括層狀介質(zhì)（1）和介質(zhì)圓管（3），其特征在于，所述層狀介質(zhì)（1）分別以兩個(gè)方向等間隔的排布在介質(zhì)圓管（3）內(nèi)，且兩個(gè)方向的層狀介質(zhì)（1）在介質(zhì)圓管（3）中心形成菱形交叉結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)方向相交所形成的銳角θ的范圍為：40o≤θ≤70o；所述菱形交叉結(jié)構(gòu)與所述介質(zhì)圓管（3）形成四個(gè)空氣孔（4）；所述層狀介質(zhì)（1）固定于介質(zhì)圓管（3）上；所述菱形交叉結(jié)構(gòu)部分的層狀介質(zhì)（1）和空氣層（2）為纖芯，所述正交結(jié)構(gòu)以外的層狀介質(zhì)（1）、空氣層（2）和介質(zhì)圓管（3）和空氣孔（4）為包層。整體呈全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)。該光纖適合太赫茲波傳輸，具有低損耗，高雙折射率的優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種局雙折射太赫茲光纖
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信領(lǐng)域，尤其涉及傳輸太赫茲波的光纖。
【背景技術(shù)】
[0002]太赫茲(Terahertz，THz)通常是指頻率在0.1- 10 THz范圍內(nèi)的電磁波，其波段位于電磁波譜中的微波和紅外之間。THz輻射在很多領(lǐng)域，如通信、傳感、成像、光譜學(xué)和醫(yī)學(xué)都有應(yīng)用的潛力。近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外課題組進(jìn)行了低損耗THz波導(dǎo)的研究，由于材料對(duì)THz波有很強(qiáng)的吸收，降低材料吸收損耗是人們研究THz波導(dǎo)的重點(diǎn)，現(xiàn)有的光纖設(shè)計(jì)有亞波長(zhǎng)光纖，多孔光纖和空心光纖等。其主要思想是將纖芯模能量更多的分布于空氣中，從而有效的降低材料吸收損耗。
[0003]由于高雙折射光纖在光信號(hào)檢測(cè)與處理等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用，最近越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外課題組進(jìn)行了低損耗高雙折射THz波導(dǎo)的研究。Haibin Chen等提出了一種高雙折射THz多孔光纖，其纖芯和纖芯內(nèi)空氣孔形狀均為橢圓型，因此光纖具有高的雙折射特性，但此纖芯和纖芯內(nèi)空氣孔的非圓形給光纖制備帶來(lái)了困難[Haibin Chen, et al.，“Squeezed lattice elliptical-hole terahertz fiber with high birefringence, ”Applied Optics, 2009, 48 (20): 3943]。鑒于此，文獻(xiàn)[Daru Chen, et al., “Highlybirefringent terahertz fibers based on super-vell structure, ” Journal oflightwave technology, 2010, 28(12): 1858]提出了一種新的具有超單元結(jié)構(gòu)的高雙折射THz多孔光纖，由圓形空氣孔組成的啞鈴型或菱形型結(jié)構(gòu)單元為光纖引入了高雙折射特性，并且每個(gè)空氣孔均為圓形，利于光纖拉制。文獻(xiàn)[S.Atakaramians, et al., “THzporous fibers: design, fabrication and experimental characterization, ，，Opt.Express, 2009, 17(16): 14053]公開(kāi)了一種基于矩形孔結(jié)構(gòu)的高雙折射多孔光纖，其雙折射可達(dá)0.012。文獻(xiàn)[付曉霞等，“用于太赫茲波傳輸?shù)牡蛽p耗、高雙折射光纖研究，”物理學(xué)報(bào)，2011，60(7): 074222]對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造和優(yōu)化，提高了其雙折射了特性。但以上所提出了的高雙折射THz光纖可歸結(jié)為多孔光纖，都以多孔纖芯外的空氣為包層，因此其THz波傳輸特性易受纖芯外環(huán)境的干擾，不便接觸，不易控制。文獻(xiàn)[M.Cho, etal., “Highly birefringent terahertz polarization maintaining plastic photoniccrystal fibers,” Opt.Express, 2008, 16(1): 7]提出了纖芯由兩個(gè)實(shí)芯棒組成的高雙折射太赫茲光纖，THz波傳輸特性不易受外界干擾，其雙折射可達(dá)0.021。但纖芯傳導(dǎo)模主要是在基質(zhì)材料中傳輸，其吸收損耗無(wú)法降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)以上的不足，本發(fā)明提供一種能實(shí)現(xiàn)低損耗、寬帶和免受外部干擾的高雙折射THz波微結(jié)構(gòu)光纖。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種高雙折射太赫茲光纖，包括層狀介質(zhì)和介質(zhì)圓管，所述層狀介質(zhì)分別以兩個(gè)方向等間隔的排布在介質(zhì)圓管內(nèi)，且兩個(gè)方向的層狀介質(zhì)在介質(zhì)圓管中心形成菱形交叉結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)方向相交所形成的銳角Θ的范圍為:40°≤ Θ ≤70°;所述菱形交叉結(jié)構(gòu)與所述介質(zhì)圓管形成四個(gè)空氣孔；所述層狀介質(zhì)固定于介質(zhì)圓管上；所述菱形交叉結(jié)構(gòu)部分的層狀介質(zhì)和空氣層為纖芯，所述正交結(jié)構(gòu)以外的層狀介質(zhì)(I)、空氣層和介質(zhì)圓管和空氣孔為包層.層狀介質(zhì)排布周期為Λ ,介質(zhì)層寬度為d,介質(zhì)圓管內(nèi)直徑為D,厚度為Dp
[0006]如介質(zhì)層排布周期為Λ不變，其寬度d減小可降低纖芯空氣填充因子，從而達(dá)到減小材料吸收損耗的目的，但是寬度d過(guò)窄會(huì)增加制作難度，同時(shí)也會(huì)減小與f2之間的差，增加限制損耗，因此這里要求介質(zhì)層寬度d≥10 μ m，。
[0007]為保證纖芯基模被有效的限制在纖芯中，要求與f2的比值低于0.9。
[0008]為獲得低損耗高雙折射值的光纖，要求40°≤ Θ ≤70°。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)效果是:纖芯空氣填充因子可表示為A=(A-Cl)VA2，包層中層狀介質(zhì)區(qū)域的空氣填充因子為f2=(A-d)/A，fi〈f2，纖芯傳導(dǎo)?？捎行У氖`在纖芯中，光纖外環(huán)境的變化對(duì)THz波的傳輸不產(chǎn)生影響，便于在實(shí)際中的應(yīng)用。纖芯和纖芯內(nèi)的空氣孔均為平行四邊形，纖芯基模具有高雙折射特性。另外因?yàn)槔w芯是多孔的，纖芯模能量可更多的分布于空氣孔中，有效的降低了吸收損耗，可實(shí)現(xiàn)THz波長(zhǎng)距離的傳輸。外層較厚的介質(zhì)圓管可穩(wěn)定光纖結(jié)構(gòu)，便于光纖制作。
[0010]
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明的高雙折射光纖結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1實(shí)施例的雙折射隨夾角Θ的變化曲線圖；
圖3為圖1實(shí)施例的吸收損耗隨夾角Θ的變化曲線圖；
圖4為圖1實(shí)施例的限制損耗隨夾角Θ的變化曲線圖；
圖5為圖1實(shí)施例的雙折射隨頻率的變化曲線圖；
圖6為圖1實(shí)施例的吸收損耗隨頻率的變化曲線圖；
圖7為圖1實(shí)施例的限制損耗隨頻率的變化曲線圖；
圖8為圖1實(shí)施例的雙折射隨周期Λ的變化曲線圖；
圖9為圖1實(shí)施例的吸收損耗隨周期Λ的變化曲線圖；
圖10為圖1實(shí)施例的限制損耗隨周期Λ的變化曲線圖；
圖11為圖1實(shí)施例的X偏振模電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布圖；
圖12為圖1實(shí)施例的y偏振模電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)分布圖。
【具體實(shí)施方式】
[0012]圖1給出了本發(fā)明的多孔光纖的橫截面示意圖，光纖包括纖芯和包層，周期性分布的層狀介質(zhì)I和空氣層2交替排布，排布方向與X軸成0 /2角，在關(guān)于X軸對(duì)稱的位置排布相同的結(jié)構(gòu)，并通過(guò)外側(cè)的介質(zhì)圓管3組成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。相交部分作為光纖的纖芯，相交部分以外的層狀介質(zhì)1、空氣層2、外側(cè)的介質(zhì)圓管3和四個(gè)大的空氣孔4為光纖包層，整體呈全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)。纖芯空氣填充因子可表示為A=(A-Cl)VA2，包層中層狀介質(zhì)區(qū)域的空氣填充因子為f2=(A-d)/A，fi〈f2，纖芯傳導(dǎo)模可有效的束縛在纖芯中。[0013]空氣孔內(nèi)填充空氣，折射率為η&= 1.0，光纖的基質(zhì)材料選為聚四氟乙烯，其折射率n=l.5，材料吸收損耗選為130dB/m。
[0014]基模的吸收損耗表示為:
【權(quán)利要求】
1.一種高雙折射太赫茲光纖，包括層狀介質(zhì)(I)和介質(zhì)圓管(3)，其特征在于，所述層狀介質(zhì)(I)分別以兩個(gè)方向等間隔的排布在介質(zhì)圓管(3)內(nèi)，且兩個(gè)方向的層狀介質(zhì)(I)在介質(zhì)圓管(3)中心形成菱形交叉結(jié)構(gòu)，所述兩個(gè)方向相交所形成的銳角Θ的范圍為:40°^ Θ <70°;所述菱形交叉結(jié)構(gòu)與所述介質(zhì)圓管(3)形成四個(gè)空氣孔(4);所述層狀介質(zhì)(O固定于介質(zhì)圓管(3)上；所述菱形交叉結(jié)構(gòu)部分的層狀介質(zhì)(I)和空氣層(2)為纖芯，所述正交結(jié)構(gòu)以外的層狀介質(zhì)(I)、空氣層(2)和介質(zhì)圓管(3)和空氣孔(4)為包層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高雙折射太赫茲光纖，其特征在于:所述的層狀介質(zhì)(I)的寬度d≥10 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高雙折射太赫茲光纖，其特征在于:所述狀介質(zhì)(I)排布周期Λ應(yīng)為:60μπι≤A≤110 μ m。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高雙折射太赫茲光纖，其特征在于:要求fVf2^ 0.9，其中，纖芯空氣填充因子為A=(A-Cl)VA2，包層中層狀介質(zhì)區(qū)域的空氣填充因子為f^= (Λ _d) / A , ffy層狀介質(zhì)排布周期為Λ，層狀介質(zhì)層覽度為d。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高雙折射太赫茲光纖，其特征在于:所述的層狀介質(zhì)在兩個(gè)方向上數(shù)量相同。
【文檔編號(hào)】G02B6/02GK103645535SQ201310667064
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月11日
【發(fā)明者】祝遠(yuǎn)鋒, 張永康, 陳明陽(yáng), 楊繼昌, 曹祥祥, 孫浩, 石琳 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)