论文部分内容阅读
太赫兹(THz)波是指频率位于0.1THz到10THz波段的电磁波,是电磁波谱中最后一个空频段。它的特殊位置以及其本身的独特优越性,使其具有非常重要的学术及应用价值,在最近几年已经成为了国内外研究的热点。光子晶体光纤具有传统光纤无法比拟的超平坦色散和低损耗等传输特性,已经成为了THz波的理想传输波导。塑料型(聚乙烯、聚四氟乙烯等)的太赫兹光子晶体光纤具有很好的柔韧性和易制性,将成为传输太赫兹波传输的首选媒质。对于THz波长距离传输,实现宽带单模,并且在单模传输范围内实现低色散、低损耗是目前面临的一大难题。为此我们做了许多努力,以下是主要的工作概述:1.设计了一种新型的太赫兹波光子晶体光纤(THz.PCF),包层由周期性空气孔排列组成形成标准的六边形结构,纤芯加入空气孔形成等边三角型,基底材料为聚乙烯。这种结构不仅具有光子晶体光纤的独特性质,而且结构更加灵活,对纤芯区域的场能量限制能量更强,可实现单模,低损耗,平坦色散,适合用于太赫兹波的传输的应用。2.由于太赫兹波段范围非常大,实现太赫兹波的单模传输显得非常重要。本文利用归一化频率的相关理论通过调节包层结构参数、纤芯空气孔直径以及数量分析了其单模传输的范围。结果表明:对于全内反射型太赫兹波光子晶体光纤,在占空比一定情况下,单模传输的范围随着纤芯空气孔半径减小而增大,随着纤芯空气孔数量的增加而增加;当纤芯结构和节距(?)不变的情况下,单模传输范围随着包层空气孔半径的减小而增大;当纤芯结构和包层空气孔半径不变的情况下,单模传输范围随着节距的减小而减小。3.利用全矢量有限元法分析了三角芯太赫兹波光子晶体光纤在单模宽段范围内的色散、损耗以及有效模场面积。结果表明:在波长为60μm-600μm范围内波导色散可以控制在+O.5ps/(nm·km)~2ps/(nm·km),调节结构参数可以实现平坦色散太赫兹光子晶体光纤。此外,频率范围在0.1THz~5THz单模范围内,限制损耗随频率的增加而减小,吸收损耗随频率的增加而增加,并趋于平坦。另外讨论了结构参数对有效模场面的影响,可以通过合理的设计纤芯结构,实现具有宽带、单模、低色散、低损耗以及大模场面积的太赫兹波光子晶体光纤。