一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤

1.本发明涉及光纤调控器件技术领域，具体为一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤。


背景技术：

2.太赫兹(terahertz，thz)波是对某个特定波段范围内的电磁波的总称，其频率范围在毫米波与红外线之间，一般定义的范围为0.1
‑
10thz(1thz＝1012hz)。太赫兹波具有光子能量低、宽带宽和大容量通信等特性，在安检、生物技术、电信、军事和环境监测等方面有广泛应用。
3.大气中的水蒸气对thz波有很强的吸收能力，所以thz波在自由空间中传输时损耗很大并且很难控制传输方向，所以低损耗高传输性能的thz光纤吸引了越来越多的目光。在众多的光纤研究中，空心光纤备受关注。空心光纤巧妙地几何结构可以将光限制在纤芯的空气孔中传输，与实心光纤相比，纤芯为空气也使得空心光纤具有更低的损耗，使得光传输效果更好。其中，经过优化设计的hc
‑
arf(hollow
‑
core anti
‑
resonant fiber，空心反谐振光纤)在thz波段具有结构简单、高传输带宽、低传输损耗等特点，愈发受到关注。
4.随着hc
‑
arf在thz波段的不断发展，基于hc
‑
arf的光开关、调制器、耦合器、偏振器等器件也成为thz应用领域一个新的研究方向。其中，thz偏振调控器件是thz成像系统的重要器件，通过偏振器可以得到不同偏振状态的thz波。基于hc
‑
arf的偏振调控器件将调控功能集成于光纤内，具有很好的传输效果，同时，还可以实现低损耗传输，已经成为一大研究热点。


技术实现要素：

5.本发明采用3d打印技术制备一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤。3d打印技术制备光纤技术简单，易实现。在光纤上添加出水口与入水口，光纤内添加有与入水口连通的环形管道，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，可以通过该环形管道将不同液体分析物注入这三个空气孔，使包层具有不同的折射率，结构简单，易于操作。
6.本发明采用的技术方案如下：
7.该器件包括圆环形介质层，圆环形介质层内部中心位置设有第一类空气孔纤芯空气孔，在纤芯空气孔四周设有若干半椭圆形介质层，且所述半椭圆形介质层的内侧设置有扇形介质层，半椭圆形介质层与扇形介质层间隔为第二类空气孔，出水口与入水口位于光纤左右两侧，距光子晶体光纤两端端面3mm，入水口连通于光纤内的一个环形管道，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，这三个空气孔在光纤两端密封。
8.纤芯为半椭圆形介质层外侧与圆环形介质层所围成的空气孔，位于光纤横截面中心，圆环形介质层、半椭圆形介质层和扇形介质层均为光敏树脂层，第一类空气孔、第二类空气孔和扇形介质层内部为空气层。6个半椭圆形介质层均匀分布于圆环形介质层内侧，每个半椭圆形介质层内侧均有一个扇形介质层。
9.入水口与光纤内的一个环形管道相连通，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，出水口与入水口位于光纤左右两侧，距光子晶体光纤两端端面3mm，且出水口与入水口连通于同一个第二类空气孔。
10.密封对称分布的三个第二类空气孔，密封位置位于光纤两端端面，可以在其中注入不同液体分析物，防止注入的液体泄露。
11.采用3d打印技术，使用的耗材可选择适用于对应打印机的各种树脂材料。
12.本发明的有益效果：第一，采用3d打印技术，可以制作更多复杂结构的各种光纤器件。第二，纤芯边界由弧形介质层提供，可以增加光纤模式在空的纤芯中的分布比例。第三，光纤有多个谐振层，随着谐振层数的增加，光的束缚能力也随之增加，光纤的损耗大大降低。第四，入水口与光纤内的一个环形管道相连通，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，密封这三个第二类空气孔，可以向其中填充不同的液体分析物，使得包层具有不同的折射率，操作简单，易于实现。
附图说明
13.图1为一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤的实例示意图，该器件包括纤芯空气孔1、圆环形介质层2、半椭圆形介质层3、扇形介质层4、半椭圆形介质层与扇形介质层间隔即第二类空气孔5、扇形介质层内空气孔6、入水口7、出水口8及环形管道9组成。
14.图2为该光纤器件沿环形管道的横截面示意图。10为环形管道与对称分布的三个第二类空气孔相连通的管道。
15.图3为该光纤器件沿出入水口轴向的截面示意图。11为与环形管道相连通的三个空气孔的密封部分。
具体实施方式
16.下面结合附图和实例进一步详细说明本发明。
17.一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，该空心光纤包括纤芯空气孔1、圆环形介质层2、半椭圆形介质层3、扇形介质层4、半椭圆形介质层与扇形介质层间隔即第二类空气孔5、扇形介质层内空气孔6、入水口7、出水口8及环形管道9组成。
18.该空心光纤截面为圆形，纤芯为半椭圆形介质层外侧与圆环形介质层所围成的空气孔，圆环形介质层外径为22mm，厚度为1mm，半椭圆形介质层厚度为0.7mm，扇形介质层厚度为0.5mm。
19.对于出入水口，出入水口距光纤两端端面距离为3mm，其外径为3mm，内径为2mm，环形管道是直径为0.5mm的圆形通道，环形管道与对称分布的三个第二类空气孔相连通的管道直径0.5mm。
20.对于待填充的三个第二类空气孔，密封位置距光纤两端端面2mm，密封厚度为1mm，用于注入不同的液体分析物。
21.当注入液体分析物时，如图1所示，液体从入水口进入环形管道，再由环形管道与对称分布的三个第二类空气孔相通的管道将液体通入这三个空气孔，待液体充满这三个空气孔后，会从出水口流出。
22.本发明采用3d打印技术中的光固化法，使用材料为光敏树脂，这种材料在140ghz
处折射率为1.679。光纤边界由弧形介质层提供，可以增加光纤模式在空的纤芯中的分布比例，有多个谐振层，随着谐振层数的增加，光的束缚能力也随之增加，光纤的损耗大大降低。


技术特征：
1.一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，该器件包括圆环形介质层，圆环形介质层内部中心位置设有纤芯空气孔为第一类空气孔，在纤芯空气孔四周设有若干半椭圆形介质层，且所述半椭圆形介质层的内侧设置有扇形介质层，半椭圆形介质层与扇形介质层间隔为第二类空气孔，出入水口均位于光纤左右两侧，距光子晶体光纤两端端面3mm，入水口连通于光纤内的一个环形管道，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，这三个空气孔在光纤两端密封，用于注入液体分析物。2.如权利要求1所述的一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，其特征是，该光子晶体光纤纤芯为半椭圆形介质层外侧与圆环形介质层所围成的空气孔，位于光纤横截面中心，圆环形介质层、半椭圆形介质层和扇形介质层均为光敏树脂层，第一类空气孔、第二类空气孔和扇形介质层内部为空气层。3.如权利要求1所述的一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，其特征是，入水口与光纤内的一个环形管道相连通，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，出水口与入水口位于光纤左右两侧，且与入水口连通于同一个第二类空气孔。4.如权利要求1所述的一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，其特征是，密封对称分布的三个第二类空气孔，密封位置位于光纤两端端面，可以在其中注入不同液体分析物。

技术总结
本发明提供了一种太赫兹多谐振层微流体空心光纤，该器件包括圆环形介质层。圆环形介质层内部中心位置设有纤芯空气孔为第一类空气孔，在纤芯空气孔四周设有若干半椭圆形介质层，且所述半椭圆形介质层的内侧设置有扇形介质层，半椭圆形介质层与扇形介质层间隔为第二类空气孔。出水口与入水口位于光纤左右两侧，距光子晶体光纤两端端面3mm，入水口连通于光纤内的一个环形管道，该管道与对称分布的三个第二类空气孔相通，这三个空气孔在光纤两端密封，用于注入不同液体分析物。本发明使用材料为光敏树脂。该器件将调控功能集成于光纤内，具有很好的传输效果，还可以实现低损耗传输，在安检、生物技术、电信、军事和环境监测等方面有很广阔的发展前景。有很广阔的发展前景。有很广阔的发展前景。


技术研发人员：石嘉 田琳琳 徐伟 苏梦雅 丁艺允 高寒 王敏
受保护的技术使用者：天津工业大学
技术研发日：2021.06.18
技术公布日：2021/9/9