[发明专利]一种传输太赫兹波的光纤

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹波传输领域，尤其涉及一种用于传输太赫兹波的光纤。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz)波是指频率在0.1－10 THz（波长为30—3000 μm）范围内的电磁波(1THz=10¹²Hz)。近几年来，飞秒激光技术的发展和成熟为THz波脉冲的产生提供了稳定、可靠的激发光源，使THz辐射的机理研究、检测技术和应用技术得到蓬勃发展。太赫兹波可以采用金属线等方法来进行传输，也可以采用光纤结构。对于太赫兹光纤来说，其主要问题是太赫兹波极易被介质材料吸收。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。减小材料的吸收损耗的一种方法是采用新型的微结构光纤，如多孔光纤[S. Atakaramians,et al., “Porous fibers: a novel approach to low loss THz waveguides(多孔光纤：制作低损耗太赫兹波导的新方法),” Opt. Express，2008, 16(12): 8845]或空芯光子晶体光纤[L. Vincetti, “Numerical analysis of plastic hollow core microstructured fiber for Terahertz applications(数值分析塑料空芯微结构光纤在太赫兹波段的应用),” Opt. Fiber Technol., 2009, 15: 398]。其基本思想都是通过在光纤中引入空气孔，以降低太赫兹波分布在基质材料中的比例，从而减少材料对光的吸收。国家发明专利 “一种实现太赫兹波的低损耗光纤（ZL 200610102211.1）” 公开了采用蜘蛛网状的空芯光纤，可以实现低吸收损耗的太赫兹波传输，但其结构复杂，制作难度大。

采用亚波长尺寸的光纤也可以获得低损耗的太赫兹传输[L.-J. Chen, et al., Low-loss subwavelength plastic fiber for terahertz waveguiding(用于传输太赫兹波的低损耗亚波长塑料光纤), Opt. Lett., 2006, 31(3): 308]。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；同时，太赫兹波在光纤外的传输能量过多，容易受外界环境的干扰。

还可以采用支撑条结构，将纤芯悬在空气中[M. Rozé, et al., Suspended core subwavelength fibers: towards practical designs for low-loss terahertz guidance(悬空纤芯亚波长光纤：用于实现低损耗太赫兹传输的实际设计), Opt. Express, 2011, 19(10): 9127]。但这种结构制作复杂，同时，支撑条的存在，仍然会增大材料对太赫兹波的吸收。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、性能稳定、低损耗传输太赫兹波的光纤。

本发明的技术方案是：一种传输太赫兹波的光纤，包括主体和连接于所述主体两端的连接头；所述主体由包层和主体纤芯组成，所述主体纤芯为基质材料制成的实芯棒，所述包层是由气体或真空的内包层和圆管形外包层组成；所述连接头由连接头纤芯和与所述连接头纤芯固定连接的连接头包层组成，所述连接头纤芯和所述主体纤芯连成一体，且材料和直径相同；所述连接头包层与所述外包层密闭连接。

进一步，所述主体纤芯的半径满足V<2.405，这里                                               ，r为主体纤芯的半径，λ为传输的太赫兹波长，n_core为主体纤芯的折射率。

进一步，所述连接头纤芯与连接头包层的折射率差Δn满足Δn≤0.02。

进一步，所述连接头的长度L_c满足：L_c≤10 mm且L_c≤50λ。

进一步，所述连接头包层的外径小于等于所述外包层的内径。

进一步，所述主体长度小于1米。