一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤

本发明涉及一种太赫兹反谐振光纤，具体涉及一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤。

背景技术：

1、空芯光纤(hcfs)作为一类特种光纤，具有低光学非线性、低波导色散、低材料吸收、高损伤阈值和低传输延迟的优点，广泛应用于高功率传输、高速数据通信、超短脉冲传输、脉冲压缩、超连续介质、气体光纤激光器和气体非线性光学。空芯光纤主要包括空芯光子带隙光纤（hc-pbgf）和空芯反谐振光纤（hc-arf）。hc-pbgf利用光子带隙效应使光被周期排列的包层严格的束缚在纤芯区传输，并且可以通过调整包层结构降低传输损耗。然而，hc-pbgf的传输带宽通常相对有限，而hc-arf可以有效克服带宽限制，同时具有非线性小、传输损耗低、色散可忽略等传输特性，而受到广泛关注。

2、hc-arf是通过反谐振效应抑制芯模和包层模之间的耦合实现光的传输，可工作在近红外，中红外和太赫兹波段。为了实现hc-arf的低损耗传输，研究人员采用不同的光纤材料设计了各种新颖的反谐振光纤结构。然而，由于太赫兹波段的特殊性，导致已报道的反谐振光纤的损耗均较大。v. setti等人使用pmma材料制成由6个单层圆管构成的太赫兹反谐振光纤，并且测量了该光纤在0.828 thz时的总损耗为16 db/m。g. k. m. hasanuzzaman等人使用topas材料设计了基于6个嵌套圆管的太赫兹反谐振光纤，在1 thz时的总损耗为0.05 db/m，其中限制损耗仅为3.4307 × 10−4 db/m，有效材料损耗对总损耗的影响较大，两者几乎相等，低损耗传输带宽 (<10-1 db/m)为0.4 thz。a. mollah等人使用zeonex材料设计了一种由6个半圆管和半椭圆管连接的太赫兹反谐振光纤，仿真结果显示在1 thz时的总损耗为0.034 db/m，其中限制损耗在10−4 db/m的量级，有效材料损耗为0.034 db/m。低损耗传输带宽为0.5 thz。j. sultana等人使用zeonex材料研究了三种太赫兹反谐振光纤，对比分析了无嵌套圆管，嵌套圆管和相邻嵌套圆管的性能，发现5个嵌套圆管的损耗相对较低，并且在1 thz时获得的总损耗为0.055 db/m。研究发现，影响太赫兹反谐振光纤总损耗的主要因素是有效材料损耗并未得到有效降低。

技术实现思路

1、为了进一步解决上述限制损耗的问题，本发明提供了一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤。通过增大纤芯直径增加包层嵌套管数量，设计了一种由9个双层同心圆嵌套管结构的反谐振光纤，该结构能有效降低了限制损耗。

2、本发明采用的技术方案为：一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤，太赫兹反谐振光纤的包层内设有9个圆周均布的同心嵌套管，同心嵌套管的内套管和外套管之间的环腔内设有实心支撑杆，其包层的外部设有护管；太赫兹反谐振光纤的内半径 r 为5.5 mm，其纤芯的直径 d为6.2 mm；所述同心嵌套管的外套管的外径 d1 为2.4 mm，其内套管的外径为 d2 为1.5mm，外套管和内套管的厚度 t为0.35 mm；所述护管的厚度 t1为0.15 mm，护管外的完美匹配层的厚度  t为0.5 mm；所述太赫兹反谐振光纤的基底材料为高阻硅。

3、进一步地，所述同心嵌套管以纤芯的圆心为中心圆周均布。

4、本发明的有益效果：提供了一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤。通过增大纤芯直径增加包层嵌套管数量，设计了一种由9个双层同心圆嵌套管结构的反谐振光纤，该结构能有效降低了限制损耗。在1 thz 时的限制损耗仅为 2.6 × 10-4 db/m，同时采用hrs材料将有效材料损耗降低至2.3 × 10-4 db/m，使总损耗首次低至10−4 db/m的量级，并且在0.88-0.92 thz 和0.96-1.14 thz范围内均可实现。此外，研究了弯曲对损耗的影响，在弯曲半径大于60 cm情况下，1 thz 时的弯曲损耗可以保持低于7.3 × 10-3 db/m。与现有技术相比表现出优异的鲁棒传输特性，具有较高的商用价值。与现有技术相比反谐振光纤表现出更好的鲁棒性传输特性。反谐振光纤不仅仅有效降低了有效材料损耗，而且控制住了限制损耗，最终总损耗低至10−4 db/m的量级，展现出极优异的传输性能。

技术特征：

1.一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤，其特征在于：太赫兹反谐振光纤的包层内设有9个圆周均布的同心嵌套管（1），同心嵌套管（1）的内套管和外套管之间的环腔内设有实心支撑杆（5），其包层的外部设有护管（2）；太赫兹反谐振光纤的内半径r 为5.5mm，其纤芯（4）的直径d为6.2 mm；所述同心嵌套管（1）的外套管的外径d1 为2.4 mm，其内套管的外径为d2 为1.5mm，外套管和内套管的厚度t为0.35 mm；所述护管（2）的厚度t1为0.15mm，护管（2）外的完美匹配层（3）的厚度 t为0.5 mm；所述太赫兹反谐振光纤的基底材料为高阻硅。

2.根据权利要求1所述的一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤，其特征在于：所述同心嵌套管（1）以纤芯（4）的圆心为中心圆周均布。

技术总结
本发明涉及一种太赫兹反谐振光纤，具体涉及一种能够实现超低传输损耗的太赫兹反谐振光纤，光纤的包层内设有9个圆周均布的同心嵌套管，同心嵌套管的环腔内设有实心支撑杆，其包层的外部设有护管；光纤的内半径R为5.5 mm，其纤芯的直径D为6.2 mm；同心嵌套管的外套管的外径d<subgt;1</subgt;为2.4 mm，其内套管的外径为d<subgt;2</subgt;为1.5mm，外套管和内套管的厚度t为0.35 mm；护管的厚度T<subgt;1</subgt;为0.15 mm，护管外的完美匹配层的厚度T为0.5 mm；太赫兹反谐振光纤的基底材料为高阻硅。通过增大纤芯直径增加包层嵌套管数量，设计了一种由9个双层同心圆嵌套管结构的反谐振光纤，该结构能有效降低了限制损耗。

技术研发人员：刘强,孙广荣,孙宇丹,刘超,刘伟,吕靖薇,吕婷婷
受保护的技术使用者：东北石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14