太赫茲波光子晶體光纖的傳輸特性研究.pdf

1、太赫茲(THz)波是指頻率位于0.1THz到10THz波段的電磁波，是電磁波譜中最后一個(gè)空頻段。它的特殊位置以及其本身的獨(dú)特優(yōu)越性，使其具有非常重要的學(xué)術(shù)及應(yīng)用價(jià)值，在最近幾年已經(jīng)成為了國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。光子晶體光纖具有傳統(tǒng)光纖無法比擬的超平坦色散和低損耗等傳輸特性，已經(jīng)成為了THz波的理想傳輸波導(dǎo)。塑料型（聚乙烯、聚四氟乙烯等）的太赫茲光子晶體光纖具有很好的柔韌性和易制性，將成為傳輸太赫茲波傳輸?shù)氖走x媒質(zhì)。對(duì)于THz波長(zhǎng)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)

2、寬帶單模，并且在單模傳輸范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低色散、低損耗是目前面臨的一大難題。為此我們做了許多努力，以下是主要的工作概述:
　　1.設(shè)計(jì)了一種新型的太赫茲波光子晶體光纖(THz-PCF)，包層由周期性空氣孔排列組成形成標(biāo)準(zhǔn)的六邊形結(jié)構(gòu)，纖芯加入空氣孔形成等邊三角型，基底材料為聚乙烯。這種結(jié)構(gòu)不僅具有光子晶體光纖的獨(dú)特性質(zhì)，而且結(jié)構(gòu)更加靈活，對(duì)纖芯區(qū)域的場(chǎng)能量限制能量更強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)單模，低損耗，平坦色散，適合用于太赫茲波的傳輸?shù)膽?yīng)用。

3、　　2.由于太赫茲波段范圍非常大，實(shí)現(xiàn)太赫茲波的單模傳輸顯得非常重要。本文利用歸一化頻率的相關(guān)理論通過調(diào)節(jié)包層結(jié)構(gòu)參數(shù)、纖芯空氣孔直徑以及數(shù)量分析了其單模傳輸?shù)姆秶?。結(jié)果表明:對(duì)于全內(nèi)反射型太赫茲波光子晶體光纖，在占空比一定情況下，單模傳輸?shù)姆秶S著纖芯空氣孔半徑減小而增大，隨著纖芯窄氣孔數(shù)量的增加而增加;當(dāng)纖芯結(jié)構(gòu)和節(jié)距Λ不變的情況下，單模傳輸范圍隨著包層空氣孔半徑的減小而增大;當(dāng)纖芯結(jié)構(gòu)和包層空氣孔半徑不變的情況下，單模傳輸范圍隨著

4、節(jié)距的減小而減小。
　　3.利用全矢量有限元法分析了三角芯太赫茲波光子晶體光纖在單模寬段范圍內(nèi)的色散、損耗以及有效模場(chǎng)面積。結(jié)果表明:在波長(zhǎng)為60μm～600μm范圍內(nèi)波導(dǎo)色散可以控制在+0.5ps/(nm·km)～-2ps/(nm·km)，調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)平坦色散太赫茲光子晶體光纖。此外，頻率范圍在0.1THz～5THz單模范圍內(nèi)，限制損耗隨頻率的增加而減小，吸收損耗隨頻率的增加而增加，并趨于平坦。另外討論了結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)有效模