太赫茲微結(jié)構(gòu)聚合物光纖及光纖器件的研究.pdf

1、太赫茲(THz)輻射在電磁波譜中位于微波與遠(yuǎn)紅外輻射之間,太赫茲技術(shù)在光譜、成像、空間科學(xué)和信息傳輸?shù)阮I(lǐng)域都有重要應(yīng)用。然而，由于大多數(shù)介質(zhì)材料在該波段都有很高的吸收損耗，使得研發(fā)低損耗太赫茲波導(dǎo)面臨很大挑戰(zhàn)。此外，太赫茲技術(shù)的深入發(fā)展對太赫茲系統(tǒng)提出了小型化和集成化的新要求，這就需要結(jié)構(gòu)更加緊湊的功能器件。微結(jié)構(gòu)聚合物光纖具有結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、易于制作的優(yōu)點，且聚合物也是太赫茲波段吸收損耗相對最低的介質(zhì)材料。針對以上太赫茲技術(shù)存在的難題，

2、本文主要研究了實現(xiàn)太赫茲低損耗單模傳輸?shù)目招揪酆衔锕饫w和基于微結(jié)構(gòu)聚合物光纖的太赫茲偏振分離器。主要內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　本文簡單介紹了太赫茲輻射的產(chǎn)生、探測以及太赫茲技術(shù)的應(yīng)用研究領(lǐng)域和太赫茲波導(dǎo)的發(fā)展現(xiàn)狀。接著介紹了太赫茲聚合物光纖和相關(guān)功能器件的發(fā)展歷史和研究進(jìn)展。然后分四部分具體闡述本文的研究工作。
　　首先，本文提出了一種基于雙橢圓芯聚合物光纖的太赫茲偏振分離器。分析了單橢圓芯亞波長聚合物光纖的高雙折射和低損

3、耗單模傳輸特性。再將單芯結(jié)構(gòu)擴(kuò)展為雙芯結(jié)構(gòu)，根據(jù)耦合模理論用光束傳播法分析了兩正交偏振態(tài)的分離過程，實現(xiàn)了偏報分離的功能。最后，對偏振分離器的分離長度、傳輸損耗、消光比和工作帶寬等性能進(jìn)行了理論分析和優(yōu)化設(shè)計。
　　其次，為了比較全耦合和部分耦合兩種偏振分離機(jī)理，本文提出了兩種相似結(jié)構(gòu)的基于雙狹縫纖芯聚合物光纖的太赫茲偏振分離器。在分析單芯狹縫聚合物光纖傳輸特性的基礎(chǔ)上，將單芯結(jié)構(gòu)分別擴(kuò)展為對稱和不對稱雙芯結(jié)構(gòu)，它們分別基于全耦合

4、和半耦合機(jī)理實現(xiàn)偏振分離功能。在相似的結(jié)構(gòu)參數(shù)條件下，對兩種偏振分離器性能進(jìn)行了分析和比較，發(fā)現(xiàn)它們都有較短的分離長度～1 cm和極低的傳輸損耗＜0.4 dB。然而，不對稱結(jié)構(gòu)的偏振分離器具有更大的帶寬和更好消光比性能。
　　再次，本文提出了具有布拉格結(jié)構(gòu)包層的空芯聚合物光纖。用有限元法分析了光纖的傳輸特性及其與結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系，并結(jié)合三維打印制作對光纖傳輸損耗進(jìn)行了優(yōu)化。這種光纖基于反共振反射機(jī)理能將大部分導(dǎo)模模場緊密束縛在空芯中