低损耗太赫兹光纤器件的设计与研究
发布时间：2020-12-12 03:13
电磁频谱中的太赫兹辐射位于毫米波和红外线之间,随着太赫兹技术的发展,人们设计和研究了许多不同的太赫兹器件,包括太赫兹光纤耦合器、太赫兹偏振分束器、低损耗太赫兹光纤等。偏振分束器是相干光通信系统和光纤传感器等实际应用中一个必不可少的器件,近红外波段的偏振分束器通常由传统光纤设计和制作,然而在传统光纤的基础上设计一个器件长度较短的偏振分束器具有很大的挑战性,之前报道的偏振分束器的长度一般在25-260毫米之间。光子晶体光纤（PCFs）的出现扩展了光纤波导的性能,为制备器件长度更短的偏振分束器提供了一种全新的设计方法。理论上,THz光纤耦合器件可以通过之前报道的PCFs结构实现。换言之,一个工作在近红外波段的偏振分束器,可以通过基于工作波长比进行必要的尺寸调整来适用于THz波段。本文提出一种相对简单的基于非对称悬浮双芯光纤的太赫兹偏振分束器设计方案。其中一个纤芯是由两个不同厚度的矩形介质带相交形成,另一个是由相同厚度的介质条交叠区域悬浮而成的圆形实心纤芯。纤芯之间的距离可以调整,以此来确保短分束长度和低传输损耗,最终实现了长1.27cm的太赫兹偏振分束器,x偏振模和y偏振模的传输损耗分别为0...
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波段在电磁波谱中的位置示意图
杂诖?寄５南拗谱饔?不够明显，则会产生横向泄漏现象，空芯结构光纤对模式的束缚作用并不明显。基于这种结构，国立台湾大学的C.H.Lai等人[34]测试了Teflon空心管，丹麦科技大学的H.L.Bao等人[35]测试了基于反共振反射传输机理的PMMA空心管，研究证明这两种结构光纤在太赫兹波段范围内传输损耗低至0.04dB/cm。之后，科学家研究出一种新型太赫兹低损耗波导，该波导是基于周期性气孔结构的空心光子晶体实现的，J.Y.Lu等人[36]制作出一种具有六角规则排布结构的空芯光子晶体，采用了空心管堆积方法进行制作，其截面结构如图1.21所示。图1.21三角晶格结构空芯PCF该空心光子晶体的传输机制是基于反共振传输机制，实验证明在0.2-0.8THz波段范围内，其材料损耗仅为之前的1/30，并且器件传输损耗也低至0.04dB/cm。基于PBG传输机制，研究人员设计出具有三角晶格包层的空心PCF，Y.F.Geng[37]和L.Vincetti[38]等人对其传输损耗进行了模拟，证实其传输损耗可以低至0.05dB/cm，但缺点是其传输带宽非常窄，为了扩展其传输带宽，Y.J.Anthony等人[39]基于蜂窝结构包层对原有结构进行调整，其横截面结构如图1.22所示，然而该结构仅仅能将PMMA材料吸收损耗降低至原先的1/20。
6图1.22蜂窝结构空芯PCF2.金属波导迄今为止，金属波导被证实为是对THz波反射最好并且吸收最小的材料。DanielM.Mittleman教授的研究小组[40]成功制作出具有低色散的金属波导，实验设置如图1.23所示，其平均损耗系数低至0.03cm-1，是目前传输损耗能够达到的最小值。为了证明金属丝的粗细变化对于太赫兹波的传输影响，研究人员使用直径在0.9-6mm范围内的不同金属线进行实验，结果表明金属丝的变化对太赫兹波影响很小，主要是电导率因素所致。因此证实金属是一种可以用来进行太赫兹波传输的材料。图1.23不锈钢金属线的THz传输图2009年，基于太赫兹时域光谱技术，Rajing等人[41]研究了不同模式下平板光波导的传输模式，该研究推动了TE1模式的实用化，如图1.24所示，该金属平面波导由两块铝板制成，长度为2.5cm，横截面厚度为10mm，基于这两块高阻硅圆柱透镜，太赫兹波能够被耦合到平面波导中传输，进而激发出两种不同的传输模式TE1和TEM。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二氧化硅薄膜夹层式亚波长金属光栅的宽波段太赫兹偏振分束器（英文）[J]. 张晔岚,张昆,孔伟金,李采彧,夏峰,云茂金. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]基于光子晶体自准直效应的太赫兹偏振分束器设计[J]. 汪静丽,刘洋,陈鹤鸣. 光学学报. 2018(04)
[3]基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器[J]. 汪静丽,刘洋,钟凯. 物理学报. 2017(02)
[4]基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究[J]. 莫国强,李九生. 光电子·激光. 2016(09)
[5]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[6]亚波长线栅太赫兹偏振分束器的研究[J]. 张蒙恩,王文涛,刘平安,李向军,刘建军,洪治. 激光技术. 2013(03)
[7]太赫兹双空芯光纤定向耦合器[J]. 姜子伟,白晋军,侯宇,王湘晖,常胜江. 物理学报. 2013(02)
[8]太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器[J]. 白晋军,王昌辉,侯宇,范飞,常胜江. 物理学报. 2012(10)
[9]二次谐波回旋管产生0.42THz辐射输出[J]. 傅文杰,鄢扬,黎晓云,袁学松,刘盛纲. 科学通报. 2011(Z2)
[10]多功能磁光子晶体太赫兹可调偏振控制器件[J]. 范飞,郭展,白晋军,王湘晖,常胜江. 物理学报. 2011(08)
博士论文
[1]微结构低损耗太赫兹光纤及光纤传感技术研究[D]. 祝远锋.江苏大学 2014
硕士论文
[1]太赫兹功分/合成器研究[D]. 黄昆.电子科技大学 2014
[2]新型太赫兹波导研究[D]. 张鑫.北京交通大学 2009
本文编号：2911748
【文章来源】：江西师范大学江西省
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太赫兹波段在电磁波谱中的位置示意图
杂诖?寄５南拗谱饔?不够明显，则会产生横向泄漏现象，空芯结构光纤对模式的束缚作用并不明显。基于这种结构，国立台湾大学的C.H.Lai等人[34]测试了Teflon空心管，丹麦科技大学的H.L.Bao等人[35]测试了基于反共振反射传输机理的PMMA空心管，研究证明这两种结构光纤在太赫兹波段范围内传输损耗低至0.04dB/cm。之后，科学家研究出一种新型太赫兹低损耗波导，该波导是基于周期性气孔结构的空心光子晶体实现的，J.Y.Lu等人[36]制作出一种具有六角规则排布结构的空芯光子晶体，采用了空心管堆积方法进行制作，其截面结构如图1.21所示。图1.21三角晶格结构空芯PCF该空心光子晶体的传输机制是基于反共振传输机制，实验证明在0.2-0.8THz波段范围内，其材料损耗仅为之前的1/30，并且器件传输损耗也低至0.04dB/cm。基于PBG传输机制，研究人员设计出具有三角晶格包层的空心PCF，Y.F.Geng[37]和L.Vincetti[38]等人对其传输损耗进行了模拟，证实其传输损耗可以低至0.05dB/cm，但缺点是其传输带宽非常窄，为了扩展其传输带宽，Y.J.Anthony等人[39]基于蜂窝结构包层对原有结构进行调整，其横截面结构如图1.22所示，然而该结构仅仅能将PMMA材料吸收损耗降低至原先的1/20。
6图1.22蜂窝结构空芯PCF2.金属波导迄今为止，金属波导被证实为是对THz波反射最好并且吸收最小的材料。DanielM.Mittleman教授的研究小组[40]成功制作出具有低色散的金属波导，实验设置如图1.23所示，其平均损耗系数低至0.03cm-1，是目前传输损耗能够达到的最小值。为了证明金属丝的粗细变化对于太赫兹波的传输影响，研究人员使用直径在0.9-6mm范围内的不同金属线进行实验，结果表明金属丝的变化对太赫兹波影响很小，主要是电导率因素所致。因此证实金属是一种可以用来进行太赫兹波传输的材料。图1.23不锈钢金属线的THz传输图2009年，基于太赫兹时域光谱技术，Rajing等人[41]研究了不同模式下平板光波导的传输模式，该研究推动了TE1模式的实用化，如图1.24所示，该金属平面波导由两块铝板制成，长度为2.5cm，横截面厚度为10mm，基于这两块高阻硅圆柱透镜，太赫兹波能够被耦合到平面波导中传输，进而激发出两种不同的传输模式TE1和TEM。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于二氧化硅薄膜夹层式亚波长金属光栅的宽波段太赫兹偏振分束器（英文）[J]. 张晔岚,张昆,孔伟金,李采彧,夏峰,云茂金. 红外与激光工程. 2019(05)
[2]基于光子晶体自准直效应的太赫兹偏振分束器设计[J]. 汪静丽,刘洋,陈鹤鸣. 光学学报. 2018(04)
[3]基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器[J]. 汪静丽,刘洋,钟凯. 物理学报. 2017(02)
[4]基于二维光子晶体的多频段太赫兹波滤波器研究[J]. 莫国强,李九生. 光电子·激光. 2016(09)
[5]太赫兹科学技术研究的新进展[J]. 赵国忠. 国外电子测量技术. 2014(02)
[6]亚波长线栅太赫兹偏振分束器的研究[J]. 张蒙恩,王文涛,刘平安,李向军,刘建军,洪治. 激光技术. 2013(03)
[7]太赫兹双空芯光纤定向耦合器[J]. 姜子伟,白晋军,侯宇,王湘晖,常胜江. 物理学报. 2013(02)
[8]太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器[J]. 白晋军,王昌辉,侯宇,范飞,常胜江. 物理学报. 2012(10)
[9]二次谐波回旋管产生0.42THz辐射输出[J]. 傅文杰,鄢扬,黎晓云,袁学松,刘盛纲. 科学通报. 2011(Z2)
[10]多功能磁光子晶体太赫兹可调偏振控制器件[J]. 范飞,郭展,白晋军,王湘晖,常胜江. 物理学报. 2011(08)
博士论文
[1]微结构低损耗太赫兹光纤及光纤传感技术研究[D]. 祝远锋.江苏大学 2014
硕士论文
[1]太赫兹功分/合成器研究[D]. 黄昆.电子科技大学 2014
[2]新型太赫兹波导研究[D]. 张鑫.北京交通大学 2009
本文编号：2911748
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