低损耗太赫兹光纤及功能器件研析.pdf

中文摘要中文摘要太赫兹(THz)科学技术是目前发展极其迅速的前沿学科之一,由于THz波处于特殊的光谱位置,具有独特的光学特性,从而使其在光谱分析、生物成像、环境监测以及军事安全等领域具有非常重要的应用潜力。THz科学技术发展至今不到20年,很多关键技术问题,特别是THz波导技术尚不够成熟,国内在这方面的研究起步也较晚,因此,我们尝试去探索新型的低损耗THz波导器件,以及在低损耗波导器件的基础之上,设计一些THz无源功能器件。本文首先阐述了THz光纤的发展历程和面波展开法和光束传播法三种数值计算方法;接着对亚波长塑料聚合物光纤的传导机制、基本传输特性以及在液体传感中的应用进行了研究;讨论了THz多孔光纤的传输特性,从理论上分析了由现有多孔光纤拉制技术造成的空气孔随机变化对传导性能的影响;基于THz空芯光子带隙光纤设计了THz高双折射光纤和双芯光纤定向耦合器功能器件。主要研究内容包括:1、研究了THz亚波长塑料聚合物光纤的传导特性。分析了THz亚波长塑料聚合光纤纤芯半径和包层折射率对光纤传导特性的影响,对导模能量分布、群速度色散、材料吸收损耗进行了研究。2、对利用THz亚波长电介质光纤进行传感探测进行了理论分析。首先分析了等效折射率模型在解释已报道传感实验中的局限性,提出了双包层结构理论模型,利用双包层模型诠释了极值波长的移动方向。·3、对随机THz多孔光纤的传导特性进行了理论分析。讨论了利用堆积法和减法技术拉制的多孔光纤会造成空气孔的随机分布,建立了随机多孔光纤理论模型,研究了纤芯中空气孔位置布入小的随机性对光纤传导特性的影响,分析了随机光纤对THz波的局域能力、导模能量分布、材料吸收损耗、群速度色散等传输特性的影响。结果发现空气孔位置的随机对光纤传输性能影响较大,大小的随机影响较小。4、设计了一种新型THz光子带隙高双折射光纤。首先对三角形晶格空气孔包层的光子能带结构进行了研究,在此基础之上研究了光纤的双折射特性、能量分布、损耗特性。并与已报道的THz双折射光纤进行了对比,结果发现这种中文摘要光纤传输损耗很小,,而且可以实现较高的双折射特性,相双折射处于10弓数量级,群双折射处于10之数量级。5、设计了一种新型的THz双空芯光子带隙光纤定向耦合器。研究了三角晶格空气孔包层的光子能带结构,对双空芯光子带隙光纤的传导模式和耦合特性进行了理论分析,研究了双芯光纤耦合器的能量分布、损耗特性、群速度色散等传导特性,,而且传输损耗很小,.泄漏损耗小于10。7吼-1,"1。关键词:太赫兹;太赫兹光纤;光子晶体光纤;双折射;定向耦合器ⅡAbstractAbstractRecentadvancesm。I’,thedetectionofexplosives,spectroscopy,:-mode,groupVelocitydispersion,