低損耗太赫茲光纖及其功能器件的研究.pdf

1、太赫茲(THz)科學技術是目前發(fā)展極其迅速的前沿學科之一，由于THz波處于特殊的光譜位置，具有獨特的光學特性，從而使其在光譜分析、生物成像、環(huán)境監(jiān)測以及軍事安全等領域具有非常重要的應用潛力。THz科學技術發(fā)展至今不到20年，很多關鍵技術問題，特別是THz波導技術尚不夠成熟，國內在這方面的研究起步也較晚，因此，我們嘗試去探索新型的低損耗THz波導器件，以及在低損耗波導器件的基礎之上，設計一些THz無源功能器件。
　　 本文首先闡述

2、了THz光纖的發(fā)展歷程和國內外研究現狀以及全矢量有限元法、平面波展開法和光束傳播法三種數值計算方法；接著對亞波長塑料聚合物光纖的傳導機制、基本傳輸特性以及在液體傳感中的應用進行了研究；討論了THz多孔光纖的傳輸特性，從理論上分析了由現有多孔光纖拉制技術造成的空氣孔隨機變化對傳導性能的影響；基于THz空芯光子帶隙光纖設計了THz高雙折射光纖和雙芯光纖定向耦合器功能器件。主要研究內容包括：
　　 1、研究了THz亞波長塑料聚合物光纖

3、的傳導特性。分析了THz亞波長塑料聚合光纖纖芯半徑和包層折射率對光纖傳導特性的影響，對導模能量分布、群速度色散、材料吸收損耗進行了研究。
　　 2、對利用THz亞波長電介質光纖進行傳感探測進行了理論分析。首先分析了等效折射率模型在解釋已報道傳感實驗中的局限性，提出了雙包層結構理論模型，利用雙包層模型詮釋了極值波長的移動方向。
　　 3、對隨機THz多孔光纖的傳導特性進行了理論分析。討論了利用堆積法和減法技術拉制的多孔光纖

4、會造成空氣孔的隨機分布，建立了隨機多孔光纖理論模型，研究了纖芯中空氣孔位置和大小的隨機性對光纖傳導特性的影響，分析了隨機光纖對THz波的局域能力、導模能量分布、材料吸收損耗、群速度色散等傳輸特性的影響。結果發(fā)現空氣孔位置的隨機對光纖傳輸性能影響較大，大小的隨機影響較小。
　　 4、設計了一種新型THz光子帶隙高雙折射光纖。首先對三角形晶格空氣孔包層的光子能帶結構進行了研究，在此基礎之上研究了光纖的雙折射特性、能量分布、損耗特性。

5、并與已報道的THz雙折射光纖進行了對比，結果發(fā)現這種光纖傳輸損耗很小，損耗系數小于0.009cm-1，而且可以實現較高的雙折射特性，相雙折射處于10-3數量級，群雙折射處于10-2數量級。
　　 5、設計了一種新型的THz雙空芯光子帶隙光纖定向耦合器。研究了三角晶格空氣孔包層的光子能帶結構，對雙空芯光子帶隙光纖的傳導模式和耦合特性進行了理論分析，研究了雙芯光纖耦合器的能量分布、損耗特性、群速度色散等傳導特性，結果表明這種耦合器可