基于填充式多孔光纤的太赫兹偏振分离器

提出了一种基于填充式多孔光纤的宽带太赫兹偏振分离器。结构设计采用折射率反转匹配耦合法,数值模拟采用有限元法,光纤基底选择聚合物材料TOPAS。研究了普通三角晶格多孔光纤填充前和填充后的色散和双折射特性,发现通过隔行填充匹配材料,多孔光纤的模式双折射提高了一个数量级,由10-3提高至10-2。利用两根纤芯微结构具有正交关系的填充式多孔光纤实现偏振分离功能。模拟结果表明,该偏振分离器在0.8~2.5THz频率范围内都能够实现偏振分离。在1THz,分离长度为0.77cm;x,y两偏振奇模和偶模的实际吸收损耗均小于0.2dB;消光比分别为-12.73dB和-13.70dB。与以往双芯光子晶体光纤偏振分离器设计相比,该设计具有结构简单、易于实现、可调谐、宽带和低损耗等优点。     

低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤

设计了一种低损耗、宽频段、高双折射太赫兹光子带隙光纤,呈三角晶格排列的亚波长空气孔包层实现了带隙的局域作用.利用全矢量有限元法对光纤的双折射及损耗特性进行了理论分析.结果表明,在大约0.3 THz的宽频范围内,类矩形纤芯太赫兹光子带隙光纤的损耗小于0.009 cm^-1,相双折射在10^-3数量级,群双折射可达10^-2数量级. 关键词： 太赫兹 太赫兹波导 光子晶体光纤 双折射     

太赫兹双空芯光纤定向耦合器

设计了一种低损耗太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器.采用全矢量有限元法对光纤的耦合特性、损耗和色散进行了理论分析.结果表明,这种光纤定向耦合器在1.55-1.80 THz范围内耦合长度小于1.8 cm,能够实现0.07THz范围内窄带耦合,且其损耗系数低于0.02 cm-1.这种耦合器将在太赫兹窄带滤波、波分复用、开关和偏振分离等技术中有潜在应用价值.     

填充ENZ材料的太赫兹高双折射及近零平坦色散微结构光纤北大核心CSCD

为了实现太赫兹波的保偏波导传输,设计了一种含有纤芯缺陷孔和椭圆形包层空气孔的高双折射微结构光纤。通过在包层空气孔中选择性地填充太赫兹近零介电常量(epsilon-nearzero,ENZ)材料,引入了几何结构和材料分布的双重不对称性,破坏了2个偏振基模的简并以获得高双折射特性。应用有限元方法研究了光纤的双折射、损耗和色散等传输特性随结构参数的变化规律。在0.5 THz~2 THz的宽频段范围内获得了大于0.01的高双折射。x和y偏振基模的损耗在0.8 THz附近具有最小值,分别为0.903 dB·cm^(-1)和0.851 dB·cm^(-1)。纤芯缺陷孔可以有效调节色散特性,y偏振基模在1 THz~1.8 THz范围内具有(0±0.054)ps·THz^(-1)·cm^(-1)近零平坦色散特性。光纤的传输特性对ENZ材料的折射率变化不敏感。研究结论为研制太赫兹保偏光纤提供了理论参考。     

低损耗高双折射太赫兹Topas光子带隙光纤

以太赫兹低损耗聚合物材料Topas环烯烃共聚物为基材,设计了一种带隙型光子晶体光纤.光纤由三角形排列的圆角正六边形空气孔构成包层,缺失四个近邻空气孔构成近菱形的二重对称空气芯.采用有限元法分析了该光纤在太赫兹波段的传输特性.结果表明:在1.5THz附近约0.3THz的宽频范围内存在光子带隙,光纤可以基于光子带隙效应将太赫兹波束缚在空气芯中传输.在1.4~1.6THz范围内具有10-3数量级的高双折射;x偏振基模和y偏振基模的损耗都小于0.1cm-1,分别在1.53THz和1.5THz处达到最小值0.029 1cm-1和0.028 7cm-1.所设计的太赫兹Topas光子带隙光纤具备结构简单、易制备、直径小而易弯曲的特点.     

基于空芯反谐振光纤的三芯结构宽带耦合器设计

提出一种基于三芯结构空芯反谐振光纤的太赫兹耦合器。采用有限元分析法对太赫兹光纤的模式特性进行分析,并基于耦合理论得到其耦合特性曲线。仿真结果表明,三芯结构模式具有比单芯结构更低的传输损耗,其耦合长度可通过改变纤芯间隔和隔离包层管的间隙进行调节。采用长度为223.2 mm的三芯结构空芯光纤可以实现插入损耗小于3.5 dB、带宽达到0.52 THz的宽带、均匀分束。     

太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器

提出了一种低损耗、宽频段太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器,光纤的包层由亚波长尺度呈三角晶格排列的空气孔组成, 两个纤芯分别由去掉7个空气孔构成.利用全矢量有限元法对光纤的色散、耦合特性以及损耗特性进行了理论分析. 研究表明,这种耦合器的损耗系数小于0.021 cm^-1,更重要的是可以实现0.14 THz范围内的宽频定向耦合. 这种定向耦合器在太赫兹通信系统中滤波、波分复用、偏振分离和开关等技术中有潜在的应用价值.     

隔行分层填充的太赫兹超高双折射多孔光纤

本文提出了一种对普通三角晶格多孔光纤隔行分层填充匹配材料, 实现超高模式双折射的方法. 首先, 采用全矢量有限元法对多孔度为43.08%的三角晶格多孔光纤的传输特性进行了详细研究. 随后, 为增强结构非对称性对纤芯空气孔隔行填充折射率为1.4的液体, 发现光纤的模式双折射显著提高, 在峰值处(1.1 THz)由填充前的1.05×10^-3增大到1.36×10^-2; x, y两偏振模式基模的吸收损耗系数分别由0.16 dB/cm增大到0.25 dB/cm和0.28 dB/cm; 光纤的工作带宽由1.1 THz增大到1.9 THz. 研究发现通过增大填充材料的折射率能够显著提高光纤的模式双折射; 当n=2, f=2.2 THz时, 光纤能够达到8.03×10^-2的超高模式双折射. 进一步, 采用隔行分层填充的方式, 在不同层填充不同折射率的液体, 实现折射率的梯度分布, 从而增强光纤对导模的限制能力. 结果显示, 采用该填充方法, 光纤的模式双折射在工作频段内没有峰值, 呈现单调递增的趋势. 当f=2.2 THz时, 模式双折射达到7.19×10^-2. 该设计不仅实现了超高的模式双折射, 同时还具备可调谐的特性, 对实际应用具有重要意义.     

基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器

领结型多孔光纤具有高双折射的特性,本文基于此设计了一种新型的双芯太赫兹(THz)偏振分束器,采用调整结构法实现了折射率反转匹配耦合,达到偏振分离.仿真结果表明:该偏振分束器在0.5—2.5 THz频率范围内均可实现偏振分离,最小分离长度仅为0.428 cm,且在整个频率范围内分离长度不超过2.5 cm.在2.3 THz,x,y两偏振模的吸收损耗均小于0.35 d B;消光比高达22.9和19.2 d B.此外,与填充法实现折射率反转匹配耦合的双芯THz偏振分束器进行比较,本文设计的偏振分束器实现简单,运行的频率范围更宽,分离长度更短,吸收损耗更低.     

低损耗大带宽双芯负曲率太赫兹光纤偏振分束器

设计了一种基于双芯负曲率光纤的新型低损耗大带宽太赫兹偏振分束器,该器件以环烯烃共聚物为基底,沿圆周等间距分布着12个含内嵌管的圆形管,通过上下对称的两组外切小包层管将纤芯分成双芯.采用时域有限差分法对其导模特性进行分析,详细研究了各个参数对其偏振分束特性的影响,分析了该偏振分束器的消光比、带宽、传输损耗等性能.仿真结果表明:当入射光频率为1 THz,分束器长度为6.224 cm时, x偏振光的消光比达到120.8 d B,带宽为0.024 THz, y偏振光的消光比达到63.74 d B,带宽为0.02 THz,传输总损耗低至0.037 d B/cm.公差分析表明结构参数在±1%的偏差下,偏振分束器仍然可以保持较好的性能.     

部分负曲率太赫兹空芯波导研究

提出了一种新型部分负曲率反谐振空芯太赫兹波导,波导包层包括两部分,一部分由介质圆管组成,为纤芯提供部分负曲率边界;另一部分由多个矩形介质层组成,多介质层可用来降低限制损耗.此波导结构在增加反谐振层的同时不引入新的包层节点,易于实现太赫兹波的宽带低损耗传输.采用全矢量有限元法对波导进行了数值仿真,研究了其宽带低损耗特性.基于此,利用3D打印技术制备了所设计波导,使用太赫兹时域光谱系统对其传输特性进行测试.实验结果表明,该负曲率太赫兹波导在0.29～0.42THz的传输损耗低于10dB/m,与数值仿真结果吻合较好.     

用于太赫兹波传输的低损耗、高双折射光纤研究

提出了一种同时具有低吸收损耗、高双折射特性的新型太赫兹传输光纤.光纤由层状的聚四氟乙烯和空气层组成.采用有限元法分析了光纤的结构参数对其吸收损耗和双折射的影响.结果表明:这种光纤的双折射可高达0.08;在保证模式的吸收损耗小于20 dB/m的前提下,其双折射仍可大于0.02. 关键词： 太赫兹传输 吸收损耗 双折射 有限元法     

双芯太赫兹光纤定向耦合器

提出了一种双芯太赫兹光纤定向耦合器,两介质圆柱分别悬挂于两环形介质层的内部,形成光纤的两个纤芯,通过调节结构参数可使两偏振模耦合长度相等,从而实现了耦合长度与偏振无关的特性。耦合器件长度可为光纤模式耦合长度的1/2,器件长度较短,这降低了模式传输损耗。采用有限元法对耦合器进行了数值分析研究,结果表明:耦合器的长度为0.535 cm,x和y偏振模的传输损耗分别为0.23 dB和0.19 dB;在保证两偏振模的耦合长度差小于1%的前提下,其带宽可达到220 GHz。     

类摩天轮型多孔纤芯超高双折射率太赫兹光子晶体光纤特性

提出一种以新型聚合物Topas作为基底材料的类摩天轮型多孔芯光子晶体光纤。利用时域有限差分法对光纤的双折射率、损耗及色散等特性进行数值模拟。结果表明：该光纤在3～6 THz的工作频段内可提供10^-1数量级的双折射率,在4 THz处达到0.1085的超高双折射率、10^-1 dB/cm的总损耗、10^-16 dB/cm的极低限制损耗和2.4×10^-14 dB/cm的低弯曲损耗;该光纤在3～5.5 THz频率范围内拥有近零色散值,为±0.11 THz^-2·cm^-1。该光纤的良好特性对太赫兹光器件以及偏振传感等领域的发展具有促进作用。     

石墨烯包层结构光子晶体光纤的高双折射特性

将PG玻璃材料制作成的椭圆纤芯引入光子晶体光纤中心,设计了一种石墨烯包层结构的高双折射光子晶体光纤.基于有限元法对该光纤的双折射特性进行了数值模拟,研究了光纤孔径比、孔间距和纤芯椭圆对双折射特性的影响,并以该光子晶体光纤的模场面积和限制性损耗为依据进行了优化.研究结果表明:在波长1 550nm处,光纤双折射率高达0.13,满足高双折射要求;两偏振方向模场面积小于0.7μm2,限制性损耗低于10-6 dB/km.该光纤可有效保持光在传输系统中的偏振状态,为高稳定性超连续谱的产生提供依据.     

2.5THz环烯烃聚合物中空芯光子晶体光纤设计与实验

采用全矢量有限元法,仿真设计了一种工作在2.5THz频段的中空芯太赫兹光子晶体光纤,用环烯烃聚合物材料(COC)制备了光纤样品,利用CO2激光泵浦气体太赫兹源搭建了测试平台并对光纤的太赫兹波传输性能进行了测试。实测光纤最低损耗0.17dB/cm、平均损耗约0.5dB/cm,在弯曲90°情况下光纤传输损耗波动小于5%,具有良好的可弯曲性;光纤输出端口的模场分布测试结果表明,光纤是以主模进行传输,太赫兹能量很好地被束缚在光纤芯中。     

多孔芯光子晶体光纤及其偏振特性

强激光与气体的长距离相互作用能产生许多新奇的物理效应,而自由空间光束的自聚焦、衍射、散射等问题限制了该科技领域的发展。本文提出了一种新型多孔芯光子晶体光纤,纤芯亚波长、低折射率空气孔可以传光,具有宽带、低损耗、单模传输特性。利用倏逝波耦合效应,研究了纤芯亚波长空气孔束缚光的原理。根据光波传输的电磁场理论,分析了低折射率空气孔中的光强增大效应。强光在空气孔中长距离传输,为光与物质的相互作用提供了新条件,可以用于气体传感、非线性光学、高集成光子技术、原子操控等。由于纤芯空气孔可以传光,改变空气孔的大小,直接影响模场分布,进而可以获得很高的结构双折射。通过光纤结构参数的合理设计,分别获得了B=4×10^-2的高双折射、纤芯直径5 μm的大模场高双折射、大模面积单偏振单模特性,在光纤偏振器、光纤滤波器、光开关及光纤传感等领域有广泛的应用前景,为新型光场调控提供了新方法。     

非对称性对光子晶体光纤偏振相关滤波特性的影响

基于表面等离子共振效应,提出了三种不同非对称因素引入的金镀膜偏振相关滤波光子晶体光纤,利用全矢量有限元法研究了光子晶体光纤偏振相关滤波传输特性.当非对称纤芯模单独作用时,波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.58dB/cm和461.58dB/cm,两偏振方向损耗比为83;当非对称金属表面等离子模单独作用,且镀膜厚度为55nm时,其谐振波长1.31μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为2.02dB/cm和412.91dB/cm,两偏振方向损耗比高达204,镀膜厚度19.5nm时其谐振波长1.55μm处x与y偏振方向纤芯模损耗分别为5.29dB/cm和536.25dB/cm,两偏振方向损耗比为101;当纤芯模和表面等离子模同时引入非对称因素时,通信波长1.55μm处y偏振纤芯模谐振强度高达802.08dB/cm,而x偏振纤芯模损耗仅为5.57dB/cm,两偏振方向损耗比为144.数值比较可知,在金属表面等离子模中或两种模式同时引入非对称因素,可获得两偏振方向偏振损耗比更高的强偏振相关滤波传输特性的光子晶体光纤,该研究对光子晶体光纤偏振相关滤波器及相关偏振器件的设计与应用具有一定参考意义.     

基于椭圆孔包层和微型双孔纤芯的新型高双折射光子晶体光纤

设计了一种新型高双折射光子晶体光纤,即其包层引入椭圆形空气孔,且以三角晶格方式周期排列,纤芯引入亚波长尺寸(~0.16 μm)的微型双孔结构阵列.采用全矢量有限元法和各向异性完美匹配层边界条件分析了该型光子晶体光纤的双折射特性和色散特性,详细介绍了该光子晶体光纤在不同的椭圆率、椭圆归一化面积、微型双孔孔径、两小孔之间间距的情况下双折射和限制损耗随波长的变化曲线.模拟结果表明,通过同时在包层和纤芯引入非对称性,获得了较高的双折射(~10^-3量级)和极低(~10^-4 dB/km)的限制损耗.提供了一种新的光子晶体光纤设计方法,即通过同时在包层和纤芯引入新结构来同时获得高双折射和低损耗.     

双包层太赫兹光子晶体光纤的传输特性

为了在太赫兹波段实现远距离宽频带传输,设计了一种具有低吸收损耗的环烯烃共聚物(COC)作为基底材料双包层太赫兹光子晶体光纤。利用全矢量有限元法及模式选择理论,数值模拟了该光纤的单模传输范围、限制损耗、色散以及有效模场面积等特性。结果表明:优化结构参数可使在1~10 THz范围内基模限制损耗小于0.1 dB/m,二阶模限制损耗大于1 dB/m。因此可以获得1~10 THz的宽频带单模传输并且在1.5~10 THz内群速度色散可以控制在±0.1 ps/(THz·cm)。