[发明专利]一种太赫兹传输光纤

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种传输太赫兹波的光纤。

背景技术

近年来太赫兹技术的发展，对传输太赫兹波的波导技术也提出了更高的要求。除了可以采用传统的金属波导等实现传输外，人们也提出采用光纤来实现低损耗的太赫兹传输。太赫兹波在介质材料中传输时产生的吸收损耗很高。目前常用的太赫兹光纤制作材料的吸收损耗一般在几十dB/m到几百dB/m之间。为此，必须采取有效措施减小太赫兹波在材料中的传输比例。减小材料的吸收损耗的一种方法是采用新型的光纤结构，如多孔光纤[S. Atakaramians,et al., “Porous fibers: a novel approach to low loss THz waveguides(多孔光纤：制作低损耗太赫兹波导的新方法),” Opt. Express，2008, 16(12): 8845]或空芯光子晶体光纤[L. Vincetti, “Numerical analysis of plastic hollow core microstructured fiber for Terahertz applications,” Opt. Fiber Technol., 2009, 15: 398]。其基本思想都是通过在光纤中引入空气孔，以降低太赫兹波分布在基质材料中的比例，从而减少材料对光的吸收。申请号为200610102211.1中国发明专利 “一种实现太赫兹波的低损耗光纤” 公开了采用蜘蛛网状的空心光纤，可以实现低吸收损耗的太赫兹波传输。这种光纤在包层中采用周期性的层状结构，实现了太赫兹波在空气芯中的传输，采用尺寸远大于传输波长的空气纤芯，有效降低了太赫兹波的吸收损耗和泄露损耗。同时，通过采用支撑条的方法，保证了光纤结构的稳定。但光纤结构复杂，制作难度较大。

还可以采用超大尺寸的聚合物管来实现低损耗传输[C.-H. Lai, et al., Low-index terahertz pipe waveguides(低损耗太赫兹管状波导), Opt. Lett., 2009, 34(21): 3457]。这种结构的特点是管的壁很薄，以减小光纤材料对太赫兹波的吸收，而管中心空气孔的尺寸很大。其传输原理类似于反共振反射波导(ARROW)，即在光纤中传输的模式本质上是一种泄露模，传输时会存在泄露损耗。但由于管的直径远远大于传输的太赫兹波长，仍可以实现较低损耗的光传输。这种结构的缺点是并非单模传输，同时管壁很薄而管中心孔的尺寸很大，因此，其结构稳定性较差。

采用亚波长尺寸的光纤也可以获得低损耗的太赫兹传输[L.-J. Chen, et al., Low-loss subwavelength plastic fiber for terahertz waveguiding(用于传输太赫兹波的低损耗亚波长塑料光纤), Opt. Lett., 2006, 31(3): 308]。它实际上是将亚波长的光纤作为纤芯，外界空气作为包层，当纤芯尺寸较小，从而较多能量在空气中传输时，由光纤的材料吸收所引起的损耗就可能降低。这种结构的缺点是，光纤的直径不能过小，否则光纤的机械性能差，将太赫兹波耦合进光纤也较困难。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种实现低损耗传输的太赫兹波的光纤。

本发明的技术方案是：一种太赫兹波传输光纤，包括包层和纤芯，所述纤芯是由圆管形的材料层和材料层中心的空气孔组成；所述包层为所述圆管外的空气层；所述圆管的外径d_o满足d₀<λ，λ为传输的太赫兹波长。

进一步，所述圆管的外径d_o、圆管的内径d_i、圆管的折射率n_c，传输的太赫兹波长λ之间满足以下关系式：                                               ，其中

，

进一步，所述圆管材料的折射率n_c满足n_c<2。