一种空芯太赫兹反谐振光纤

本技术属于光纤通信，具体涉及一种空芯太赫兹反谐振光纤。

背景技术：

1、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。

2、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。

3、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。

4、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漏，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。

5、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。

6、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漏，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。

7、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。

8、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。

9、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

10、综上所述，目前已报道的实用新型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。

技术实现思路

1、本实用新型旨在解决上述问题，提供了一种空芯太赫兹反谐振光纤，利用空芯反谐振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。

2、按照本实用新型的技术方案，所述空芯太赫兹反谐振光纤，包括空气纤芯和包层，

3、所述包层包括外包层套管，所述外包层套管与所述空气纤芯之间形成内包层区域，所述内包层区域内设有三组或四组内包层单元，所述内包层单元包括椭圆形包层管和圆形嵌套管；

4、所述椭圆形包层管与所述外包层套管相切于椭圆形包层管的短轴端点，椭圆形包层管的短半轴不小于所述空气纤芯的半径；

5、所述圆形嵌套管设置于所述椭圆形包层管内，与椭圆形包层管相切于椭圆形包层管远离空气纤芯的一侧短轴端点；

6、所述椭圆形包层管的短半轴、圆形嵌套管的圆心和空气纤芯的圆心共线。

7、本实用新型中椭圆形包层管与外包层套管相切点、圆形嵌套管与椭圆形包层管相切点、椭圆形包层管的短半轴、圆形嵌套管的圆心和空气纤芯的圆心共线，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。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，通过本实用新型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。

8、进一步的，所述外包层套管外还设有涂覆层。

9、进一步的，所述涂覆层为有机树脂涂覆层。

10、进一步的，所述内包层单元均匀环绕在所述空气纤芯外。

11、进一步的，所述椭圆形包层管和圆形嵌套管的折射率高于空气。

12、进一步的，所述椭圆形包层管和圆形嵌套管的材质为石英玻璃、环烯烃类共聚物(coc)玻璃或氟化物(zblan)玻璃。

13、进一步的，所述椭圆形包层管和圆形嵌套管的壁厚为0.0650～0.0900mm。

14、进一步的，所述空气纤芯的半径为1.30mm～1.70mm。

15、进一步的，所述椭圆形包层管的短半轴长度为所述空气纤芯半径的1～5倍。

16、进一步的，所述圆形嵌套管的半径与所述椭圆形包层管的短半轴的比值为0.30～0.70。

17、进一步的，所述椭圆形包层管的短半轴与长半轴的比值为0.50～0.70。

18、本实用新型的技术方案相比现有技术具有以下优点：

19、(1)本实用新型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，降低泄漏损耗；

20、(2)本实用新型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；

21、(3)本实用新型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；

22、(4)本实用新型结构较为简单，制备难度较小，适合大规模生产。

技术特征：

1.一种空芯太赫兹反谐振光纤，包括空气纤芯(1)和包层，其特征在于，

2.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述外包层套管(4)外还设有涂覆层(5)，所述涂覆层(5)为有机树脂涂覆层。

3.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述内包层单元均匀环绕在所述空气纤芯(1)外。

4.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述椭圆形包层管(2)和圆形嵌套管(3)的折射率高于空气。

5.如权利要求4所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述椭圆形包层管(2)和圆形嵌套管(3)的材质为石英玻璃、环烯烃类共聚物玻璃或氟化物玻璃。

6.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述椭圆形包层管(2)和圆形嵌套管(3)的壁厚为0.0650～0.0900mm。

7.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述空气纤芯(1)的半径为1.30mm～1.70mm。

8.如权利要求1或7所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述椭圆形包层管(2)的短半轴长度为所述空气纤芯(1)半径的1～5倍。

9.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述圆形嵌套管(3)的半径与所述椭圆形包层管(2)的短半轴的比值为0.30～0.70。

10.如权利要求1所述的空芯太赫兹反谐振光纤，其特征在于，所述椭圆形包层管(2)的短半轴与长半轴的比值为0.50～0.70。

技术总结
本技术属于光纤通信技术领域，具体涉及一种空芯太赫兹反谐振光纤。所述空芯太赫兹反谐振光纤，包括空气纤芯和包层，所述包层包括外包层套管和内包层区域，所述内包层区域内设有三组或四组内包层单元，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半轴、圆形嵌套管的圆心和空气纤芯的圆心共线。本技术光纤可以用于传输太赫兹波，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。

技术研发人员：陈伟,许青向,王廷云,黄素娟,张小贝,庞拂飞,文建湘,董艳华,李萍,洪祎,彭剑傲,张颖,王洋
受保护的技术使用者：上海大学
技术研发日：20221125
技术公布日：2024/1/11