1.本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种太赫兹反谐振空芯光纤。
背景技术：
2.太赫兹波段是介于红外波段和毫米波段之间的频率范围，在0.1-10thz之间。太赫兹频段是目前还未被完全利用的频段，太赫兹波段的优越性在各个领域具有广泛的应用场景。太赫兹波具有良好的穿透性、低能量性、宽带宽性，在生物监测、空间通信以及环境探测等多方面具有广泛的应用。
3.现阶段5g(第五代移动通信)所使用的毫米波所支持的最大工作带宽为800mhz，在实验测试中最大传输速率为10gbps。与之相比6g所用到的太赫兹频段具有丰富的频率资源，而这种具有更大的带宽所带来的是超高的通信速率，可以有效的缓解5g时代所带来的信息量的爆炸式增长。在6g阶段，太赫兹波的传输提供了更大的带宽和超高的传输速率，但太赫兹波在空间中传输所受到的水汽的影响产生的损耗相比毫米波来说更大，在空间中传输只适合在短距离传输中使用，因此提高太赫兹波的传输距离成为目前迫在眉睫的问题。
4.近年来，利用反谐振空芯光纤结构来降低光传输的损耗的研究已成为光纤通信领域的热点方向，目前在ofc(光纤通信会议)中已经发表了一篇关于空芯光纤的研究，其传输损耗在c波段(1260nm～1360nm)已经达到了0.174db/km，在o波段(1260nm～1360nm)达到了0.22db/km，通过科学理论的研究可以推论，在太赫兹波段可以利用这种反谐振空芯光纤进行传输，有效的降低传输过程中的损耗。在空间通信中太赫兹波段容易受到水汽以及其它物质的影响从而引起损耗，在反谐振空芯光纤结构中，太赫兹波在空气芯中进行传输可以避免水汽以及其它物质的影响，有效的降低其在传输过程中的损耗，同时可以利用太赫兹波的频率资源提高通信传输速率。
5.然而，在实际上常见的六环空芯光纤中在传输过程中有更多的间隙使得光泄露，而四环、五环空芯光纤所产生的间隙过大，包层管的环过多、间隙之间距离过于接近又会在相邻的环之间产生耦合，因此需要开发一种在结构上可以减少包层管之间的间隙数量的光纤。
6.中国专利cn113311533a提出一种反谐振空芯光纤，在1.03μm处，其基模限制损耗低于0.1db/km，但该专利并没有提出具体在太赫兹波范围内传输的结构参数。
7.中国专利cn113514919a提出了一种布拉格式空芯反谐振光纤，在包层结构上利用具有严格周期性的布拉格结构以及石英层的反谐振效应来降低光泄露，将能量严格限制在纤芯中，降低光纤损耗，但在太赫兹波段对于这种布拉格结构中的石英层的厚度要求较大，在制造这种布拉格结构较为困难，难以实现太赫兹波的传输。
8.中国专利cn103487876b提出了一种用于3-5微米波段光波宽带低损耗传输的空芯光子带隙光纤，该专利所提出的光纤在3-5微米波段内可达到0.01db/m一下的损耗，在中红外波段可以实现低损耗传输，该专利所提出的光纤并没有解决如何将自由空间中传输的光波利用光纤进行传输，以达到更低的损耗。
9.中国专利cn102608695a提出了一种太赫兹保偏光纤及其制作方法，该专利所提出的光纤为介质/金属空芯光纤，在1thz处具有2.4db/m的吸收损耗，这在传输过程中难以达到远距离传输的要求。
10.美国专利us11209591b2提出了一种低损耗反谐振空芯光纤，通过在包层管环中引入具有多个封闭腔的嵌套管，主要应用在1560nm处，实现低损耗传输，没有明确在太赫兹波段进行传输时的特征
11.综上所述，目前已报道的发明专利并没有很好的利用反谐振空芯光纤对太赫兹波进行传输，以达到降低太赫兹波在自由空间中传输受到水汽以及其它物质引起的损耗。
技术实现要素：
12.本发明旨在解决上述问题，提供了一种太赫兹反谐振空芯光纤，利用反谐振空芯光纤对太赫兹波进行传输，并解决太赫兹波在自由空间中传输损耗高不能远距离传输的问题。
13.按照本发明的技术方案，所述太赫兹反谐振空芯光纤，包括空气纤芯、内包层和外包层；
14.所述内包层包括若干环绕所述空气纤芯设置的内包层单元(空气纤芯为若干内包层单元的内接圆)，所述内包层单元包括椭圆形包层管和圆形嵌套管；所述椭圆形包层管的短轴方向指向所述空气纤芯；所述圆形嵌套管设置在所述椭圆形包层管内，圆形嵌套管的圆心位于椭圆形包层管的短轴上，圆形嵌套管远离空气纤芯的一侧与椭圆形包层管相切；
15.所述外包层包括外包层套管和涂覆层；所述外包层套管包裹在所述内包层外，外包层套管的内壁与所述椭圆形包层管相切，所述涂覆层涂覆在所述外包层套管的外表面。
16.本发明光纤由内至外依次为空气纤芯、椭圆形包层管(内含圆形嵌套管)、外包层套管以及外包层套管的涂覆层，纤芯区域(空气纤芯)以及其他区域(圆形嵌套管内、椭圆形包层管和圆形嵌套管之间、外包层套管和椭圆形包层管之间)都由空气填充。其中，外包层套管与椭圆形包层管的接触点(相切点)、圆形嵌套管与椭圆形包层管的接触点(相切点)、椭圆形包层管的圆心、圆形嵌套管的圆心以及空气纤芯的空气纤芯共线(共线方向沿椭圆形包层管的短轴方向)，形成一个二级嵌套的反谐振结构，可以有效地减小该光纤传输过程中的限制损耗。
17.具体的，可以在0.8thz到1.1thz范围内利用反谐振效应减小太赫兹波进行传输时的损耗，在该频率范围内波长为272μm-375μm，水汽等物质对该波长范围的太赫兹波具有很强的吸收效应，通过本发明可以使得太赫兹波在空芯光纤内传输，可应用于替代太赫兹波在自由空间中进行较长距离的传输。
18.进一步的，所述空气纤芯的半径r
core
与所述椭圆形包层管的短半轴b的比值范围r
core
/b＝0.20～1.00；r
core
/b过小内包层单元相切产生节点，这种带节点的结构损耗会更大，过大则会导致光的泄露。具体的，r
core
/b可以为0.20，0.50，1.00。
19.进一步的，所述空气纤芯的半径r
core
为1.30～1.70mm。
20.进一步的，所述圆形嵌套管的半径r1与所述椭圆形包层管的短半轴b的比值范围r1/b＝0.30～0.70；具体的，r1/b可以为0.30，0.50，0.70。
21.进一步的，所述椭圆形包层管短半轴b与长半轴a的比值范围b/a＝0.50～0.70；具
体的，b/a可以为0.50，0.60，0.70。
22.进一步的，所述椭圆形包层管和圆形嵌套管的壁厚范围为0.0650～0.0900mm。
23.进一步的，所述椭圆形包层管和圆形嵌套管均采用高折射率材料，所述高折射率材料的折射率高于空气。
24.进一步的，所述高折射率材料包括但不限于石英玻璃、环烯烃类共聚物(coc)玻璃以及氟化物(zblan)玻璃等。
25.进一步的，所述内包层单元环绕所述空气纤芯，均匀、间隔分布。
26.进一步的，所述内包层单元的个数为3个或4个。
27.进一步的，所述涂覆层为有机树脂涂覆层。
28.本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
29.(1)本发明光纤结构可以有效的减少包层环的个数以减少各包层环之间的间隙，降低泄露损耗；
30.(2)本发明可以通过调整椭圆包层管的长短轴之比来调整纤芯的大小，更好的限制光在纤芯中传输，获得更大的模场直径，减小非线性效应。
31.(3)本发明通过两层反谐振层可以更好的降低太赫兹波传输时的损耗，在0.8thz-1.1thz范围内其传输限制损耗低于1db/km；
32.(4)本发明结构较为简单，制备难度较小，适合大规模生产。
附图说明
33.图1为实施实例内包层单元个数为3的示意图
34.图2为实施实例内包层单元个数为4的示意图。
35.附图标记说明：1-外包层套管、2-椭圆形包层管、3-圆形嵌套管、4-空气纤芯；r
core-空气纤芯半径、a-椭圆形包层管长半轴、b-椭圆形包层管短半轴、r
1-圆形嵌套管半径。
具体实施方式
36.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
37.如图1-3所示，太赫兹反谐振空芯光纤，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3(内含于圆形包层管3)、外包层套管1以及外包层套管1外的涂覆层(未画出)，纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
38.其中，空气纤芯半径r
core
范围在1.30～1.70mm；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3由厚度为0.0650～0.0900mm的高折射率材料制备，包括但不限于石英玻璃、coc玻璃以及zblan玻璃等；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值r
core
/b在0.20到1.00之间；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b在0.30到0.70之间；椭圆形包层管短半轴与长半轴的比值b/a在0.50到0.70之间。
39.实施例1一种太赫兹反谐振空芯光纤
40.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由3个椭圆形包层管2和3个圆形嵌套管3组成(图1)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内
接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
41.空气纤芯半径r
core
取1.30mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料环烯烃类共聚物(coc)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝0.20；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.30；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.60；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0650mm。
42.实施例2一种太赫兹反谐振空芯光纤
43.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由3个椭圆形包层管2和3个圆形嵌套管3组成(图1)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
44.空气纤芯半径r
core
取1.50mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝0.50；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.50；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.50；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0720mm。
45.实施例3一种太赫兹反谐振空芯光纤
46.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由4个椭圆形包层管2和4个圆形嵌套管3组成(图2)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
47.空气纤芯半径r
core
取1.70mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝0.70；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.70；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0900mm；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.70。
48.实施例4一种太赫兹反谐振空芯光纤
49.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由4个椭圆形包层管2和4个圆形嵌套管3组成(图1)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
50.空气纤芯半径r
core
取1.70mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝1.0；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.70；椭圆形包层管3短半轴与长
半轴的比值b/a＝0.60；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0900mm。
51.实施例5一种太赫兹反谐振空芯光纤
52.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由3个椭圆形包层管2和3个圆形嵌套管3组成(图1)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
53.空气纤芯半径r
core
取1.40mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝0.30；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.30；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.70；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0650mm。
54.实施例6一种太赫兹反谐振空芯光纤
55.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由3个椭圆形包层管2和3个圆形嵌套管3组成(图1)，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
56.空气纤芯半径r
core
取1.60mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝0.70；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.50；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.50；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0720mm。
57.实施例7一种太赫兹反谐振空芯光纤
58.该光纤由两个包层和一个芯层组成，由内至外依次为空气纤芯4、椭圆形包层管2、圆形嵌套管3、外包层套管1以及外包层套管1外的有机树脂涂覆层。内包层区域由4个椭圆形包层管2和4个圆形嵌套管3组成，内包层区域内的椭圆形包层管2和圆形嵌套管3内接于光纤外包层套管内壁，且与光纤外包层套管内壁的接触点、椭圆形包层管圆心(共线方向沿椭圆短轴方向)、圆形嵌套管圆心以及空气纤芯中心点四点共线。纤芯区域以及其他区域都由空气填充。
59.空气纤芯半径r
core
取1.70mm，椭圆形包层管2和圆形嵌套管3均由高折射率材料氟化物(zblan)玻璃制备；空气纤芯半径r
core
与椭圆形包层管短半轴b的比值为r
core
/b＝1.00；圆形嵌套管半径r1与椭圆形包层管短半轴b的比值r1/b＝0.50；椭圆形包层管3短半轴与长半轴的比值b/a＝0.6；椭圆形包层管2和圆形嵌套管3壁厚取0.0900mm，该太赫兹反谐振空心光纤在0.8thz-1.1thz频率范围内的限制损耗低于1.0db/km(见表1)。
60.对实施例1-7中的太赫兹反谐振空心光纤在0.8thz-1.1thz频率范围内的限制损耗进行检测，其结果如表1所示：
61.表1实施实例主要性能指标
[0062][0063]
结果显示，本发明太赫兹反谐振空芯光纤可以用于传输太赫兹波，在传输过程中可以避免大气中的水蒸气对太赫兹波的吸收，达到低损耗传输，延长太赫兹波的传输距离，该光纤在传输过程中具有低损耗、单模传输及传输带宽宽等优点，适合替代空间太赫兹波传输进行长距离传输。
[0064]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。