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1、10申请公布号CN102354017A43申请公布日20120215CN102354017ACN102354017A21申请号201110284988522申请日20110923G02B6/0220060171申请人江苏大学地址212013江苏省镇江市京口区学府路301号72发明人陈明阳付晓霞张永康74专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人楼高潮54发明名称一种太赫兹传输光纤57摘要本发明公开一种太赫兹波传输光纤，包括包层和纤芯，所述纤芯是由圆管形的材料层和材料层中心的空气孔组成；所述包层由所述圆管外的空气组成；所述圆管的外径DO满足D0，为传输的太赫兹波长。该光纤在有效降低。
2、太赫兹波在光纤材料中传输的比例，从而降低太赫兹波传输损耗的同时，也避免了能量过多地在光纤外侧区域的传输，减小了光纤外侧区域对太赫兹波传输的影响。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图3页CN102354026A1/1页21一种太赫兹波传输光纤，包括包层和纤芯，其特征在于所述纤芯是由圆管形的材料层和材料层中心的空气孔组成；所述包层由所述圆管外的空气组成；所述圆管的外径DO满足D0，为传输的太赫兹波长。2如权利要求书1所述的一种太赫兹传输光纤，其特征在于所述材料层的外径DO、材料层的内径DI、材料层的折射率NC，传输的太赫兹波长之间满足以下关系式。
3、，其中，。3如权利要求书1或2所述的一种太赫兹传输光纤，其特征在于所述材料层的折射率NC满足NC2。权利要求书CN102354017ACN102354026A1/3页3一种太赫兹传输光纤技术领域0001本发明涉及太赫兹技术领域，尤其涉及一种传输太赫兹波的光纤。背景技术0002近年来太赫兹技术的发展，对传输太赫兹波的波导技术也提出了更高的要求。除了可以采用传统的金属波导等实现传输外，人们也提出采用光纤来实现低损耗的太赫兹传输。太赫兹波在介质材料中传输时产生的吸收损耗很高。目前常用的太赫兹光纤制作材料的吸收损耗一般在几十DB/M到几百DB/M之间。为此，必须采取有效措施减小太赫兹波在材料中的传输比。
4、例。减小材料的吸收损耗的一种方法是采用新型的光纤结构，如多孔光纤SATAKARAMIANS,ETAL,“POROUSFIBERSANOVELAPPROACHTOLOWLOSSTHZWAVEGUIDES多孔光纤制作低损耗太赫兹波导的新方法,”OPTEXPRESS，2008,16128845或空芯光子晶体光纤LVINCETTI,“NUMERICALANALYSISOFPLASTICHOLLOWCOREMICROSTRUCTUREDFIBERFORTERAHERTZAPPLICATIONS,”OPTFIBERTECHNOL,2009,15398。其基本思想都是通过在光纤中引入空气孔，以降低太赫兹波分。
5、布在基质材料中的比例，从而减少材料对光的吸收。申请号为2006101022111中国发明专利“一种实现太赫兹波的低损耗光纤”公开了采用蜘蛛网状的空心光纤，可以实现低吸收损耗的太赫兹波传输。这种光纤在包层中采用周期性的层状结构，实现了太赫兹波在空气芯中的传输，采用尺寸远大于传输波长的空气纤芯，有效降低了太赫兹波的吸收损耗和泄露损耗。同时，通过采用支撑条的方法，保证了光纤结构的稳定。但光纤结构复杂，制作难度较大。0003还可以采用超大尺寸的聚合物管来实现低损耗传输CHLAI,ETAL,“LOWINDEXTERAHERTZPIPEWAVEGUIDES低损耗太赫兹管状波导,“OPTLETT,2009,。
6、34213457。这种结构的特点是管的壁很薄，以减小光纤材料对太赫兹波的吸收，而管中心空气孔的尺寸很大。其传输原理类似于反共振反射波导ARROW，即在光纤中传输的模式本质上是一种泄露模，传输时会存在泄露损耗。但由于管的直径远远大于传输的太赫兹波长，仍可以实现较低损耗的光传输。这种结构的缺点是并非单模传输，同时管壁很薄而管中心孔的尺寸很大，因此，其结构稳定性较差。0004采用亚波长尺寸的光纤也可以获得低损耗的太赫兹传输LJCHEN,ETAL,“LOWLOSSSUBWAVELENGTHPLASTICFIBERFORTERAHERTZWAVEGUIDING用于传输太赫兹波的低损耗亚波长塑料光纤,“O。
7、PTLETT,2006,313308。它实际上是将亚波长的光纤作为纤芯，外界空气作为包层，当纤芯尺寸较小，从而较多能量在空气中传输时，由光纤的材料吸收所引起的损耗就可能降低。这种结构的缺点是，光纤的直径不能过小，否则光纤的机械性能差，将太赫兹波耦合进光纤也较困难。0005发明内容说明书CN102354017ACN102354026A2/3页40006本发明的目的是提供一种实现低损耗传输的太赫兹波的光纤。0007本发明的技术方案是一种太赫兹波传输光纤，包括包层和纤芯，所述纤芯是由圆管形的材料层和材料层中心的空气孔组成；所述包层为所述圆管外的空气层；所述圆管的外径DO满足D0，为传输的太赫兹波长。。
8、0008进一步，所述圆管的外径DO、圆管的内径DI、圆管的折射率NC，传输的太赫兹波长之间满足以下关系式，其中，进一步，所述圆管材料的折射率NC满足NC2。0009本发明的技术效果是采用空芯的圆管作为太赫兹波的传输媒介，在有效降低太赫兹波在光纤材料中传输的比例，从而降低太赫兹波的传输损耗的同时，避免了能量过多地在光纤外区域的传输，减小了光纤外侧区域对太赫兹波传输的影响。相比于采用实芯的亚波长光纤，在同样的传输损耗要求下，圆管结构允许管的外径更大，从而更容易操作、光纤纤芯面积更大，更容易将太赫兹波耦合进光纤。附图说明0010图1为所述的太赫兹光纤的横截面结构示意图；图2为NC15,DO100M,。
9、DI50M的模场分布图；图3为NC15,DO200M,DI150M的模场分布图；图4为NC2,DO100M,DI50M的模场分布图；图5为圆管结构太赫兹光纤的吸收损耗曲线；其中1空气孔；2材料层；3空气。具体实施方式0011图1为所述太赫兹传输光纤的横截面示意图，光纤由对太赫兹波吸收损耗较低的材料组成亚波长光纤，光纤的纤芯由圆管形的材料层2和材料层中心的空气孔1组成，包层是由包围材料层2的空气3组成，圆管形材料层2的外径DO满足D0，为传输的太赫兹波长。0012由于圆管形材料层2的外径小，因此，由材料层2与空气孔1和组成的纤芯可以看成是一个微结构的纤芯，即与实芯的纤芯相比，空气孔1减小了纤芯的。
10、折射率。0013在纤芯较小时，可以将管状纤芯等效为一均匀折射率纤芯，其等效折射率可以根据空气孔和圆管的面积比例作平均而表示为，DO为材料层2的外径、DI为材料层2的内径、NC为材料层2的折射率，为传输的太赫兹波长。由于其纤芯等效折射率仍大于包层空气折射率，这种光纤仍是一种基于全内反射原理的光纤。因此，其传输模式是传导模而非泄露模，不存在泄露损耗。所述的外径和内径均指直径。0014为了保证单模传输，光纤的归一化频率V应满足，说明书CN102354017ACN102354026A3/3页5其中，考虑到太赫兹波极易被光纤材料吸收，应减少太赫兹波在圆管中的传输比例，为此V值应该更小一些，一般情况下，应。
11、有。0015圆管形材料层2的折射率NC满足NC2。这是因为，材料层2的折射率越大，为满足归一化频率的要求，其圆管形材料层2的内径也就要越大，从而使管壁很薄，增加了制作难度；同时，空气孔1的折射率为1，其与材料层2的折射率相差过大，使能量场更易分布在材料层和光纤外面的空气，导致光纤输入输出耦合的困难。另一方面，材料层2的折射率较低时，其允许的纤芯直径也较大，使光纤的制作和使用也更方便。0016图24给出不同结构参数下，从纤芯中心开始，沿光纤半径方向的模场分布。由图2可见，在纤芯中间的空气孔1区域太赫兹波的幅值较大，模式场分布整体仍接近于高斯场分布。当空气孔1增大时（如图3所示），空气孔1中太赫兹。
12、波的幅值仍较大，也表明，应将整个结构看作纤芯。从图2和图4对比可以看出，同样的结构尺寸时，若材料层的折射率较高，则模式场的变形也较严重。因此，实际选用材料的折射率低一些为好。从图5通过内径为100M、150M和200M的损耗曲线对比可以看出，只要圆管形材料层2的内径取得足够大，总能够将其吸收损耗降下来。0017以下实施例均以聚四氟乙烯为基质材料，其吸收损耗为130DB/M，材料折射率为NC15，传输的太赫兹波长为300M。0018实施例一光纤截面结构如图1所示，其结构参数为DO200M，DI160M。在300M波长处，其吸收损耗为83DB/M。0019实施例二光纤截面结构如图1所示，其结构参数为DO150M，DI105M。在300M波长处，其吸收损耗为78DB/M。0020实施例三光纤截面结构如图1所示，其结构参数为DO300M，DI240M。在300M波长处，其吸收损耗为213DB/M。说明书CN102354017ACN102354026A1/3页6图1图2说明书附图CN102354017ACN102354026A2/3页7图3图4说明书附图CN102354017ACN102354026A3/3页8图5说明书附图CN102354017A。