[发明专利]一种电压可调的双芯光子晶体光纤太赫兹波滤波器

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种空心光子晶体光纤滤波器，特别是一种电压可调的双芯光子晶体光纤太赫兹波导。

（二）技术背景

太赫兹波是指频率在0.1THZ到10THZ之间、波长在0.03mm-3mm之间的电磁波。它在长波段与毫米波重叠，短波段与红外线有重叠。THZ波所处的特殊位置使THZ技术成为连接电子学和光子学的桥梁，具有非常重要的学术和应用价值。由于太赫兹波在自由空间的传输损耗很大，所以以波导为基础的太赫兹器件是太赫兹波能否广泛应用的关键。

光子晶体光纤是一种新型光纤，相比普通光纤，光子晶体光纤有很多优点：如无截止的单模特性、低损耗特性、灵活的色散特性等。按照纤芯材料的不同，光子晶体光纤可以分为空心光子晶体光纤和实心光子晶体光纤。并且通过改变光子晶体光纤空气孔的半径、孔间距等几何参数可以灵活的改变光子晶体光纤的传输特性。

普通光子晶体光纤的材料为石英，而石英在太赫兹波传输中的损耗很大，所以普通的光子晶体光纤难以作为太赫兹波导。后来人们研制出了作为太赫兹波导的聚四氟乙烯塑料光子晶体光纤，将光子晶体光纤拓展到了太赫兹波段。又相继出现了用高浓度聚乙烯所制作的塑料光子晶体光纤，用于太赫兹波段表现出了低损耗和相对低色散的特性。用于太赫兹波导的光子晶体光纤的结构参数在mm量级，相对于可见光或者红外波段的光子晶体光纤更容易制备。

以往的光子晶体光纤制作完成后就无法再改变其传输特性，但是实际应用中需要根据需求来调整传输特性。所以为了节省制作时间和成本，有必要研究一种不用改变光子晶体光纤的结构就可以改变其传输特性的光子晶体光纤太赫兹波导。

（三）发明内容

本发明针对上述存在的问题，提供一种电压可调的双芯光子晶体光纤太赫兹波滤波器，本发明制成的太赫兹光子晶体光纤滤波器可以解决以往的光子晶体光纤制作完成后就无法再改变其传输特性的问题，本发明无需改变光子晶体光纤结构，就可以灵活控制其传输特性可调，并且较以往的单芯结构，本发明的双芯结构提高了灵敏度。

本发明提供的电压可调的双芯光子晶体光纤太赫兹波滤波器，包括包层和纤芯，所述包层由塑料材料和具有三角形周期排列的空气孔组成，包层中央的两空气孔作为纤芯，纤芯中两空气孔的半径大于包层中周期排列的空气孔的半径，纤芯的两空气孔中填充对电压敏感的向列相液晶。

包层的材料为容易获得的聚乙烯，折射率为1.5。纤芯的两空气孔中填充的向列相液晶为向列相液晶5CB，25℃时5CB液晶的非常光的折射率和寻常光的折射率分别为1.77和1.58，液晶的折射率大于包层的折射率。

包层中空气孔的半径r=0.25mm，空气孔间距L=1.25mm，纤芯中两空气孔的直径d=0.8mm。

本发明的工作机理：

通过控制液晶的工作电压，就可以改变液晶的有效折射率，从而灵活控制光纤的传播模式、有效模场面积和零色散范围。

本发明的优点是：

1）在双芯光子晶体光纤的纤芯中填充液晶后，导光机制由复杂的带隙效应转变成了全反射。

2）由于液晶对外界条件的敏感性，所以通过控制液晶的外加电压就可以改变该太赫兹波导的传输特性，而无需改变光纤的几何结构。

3）采用双芯结构，太赫兹在纤芯中传输过程中在双芯间耦合传输，减少了模间色散，具有较好的灵敏度。

4）用电压作为控制条件，避免了外界温度等条件对传输特性的影响。

5）填充液晶前的双芯光子晶体光纤所用的材料是容易获得的聚乙烯，并且其结构参数在mm量级，比普通的石英材料的光子晶体光纤更容易制备。

（四）附图说明

图1是太赫兹光子晶体光纤模型截面结构示意图，

图中：1.聚乙烯包层，2.周期排列的空气孔，3.纤芯中填充液晶的两空气孔，其中：空气孔间距Λ=1.25mm，纤芯中两空气孔的直径d=0.8mm。

图2是太赫兹光子晶体光纤的有效折射率随电压的变化曲线。

图3太赫兹光子晶体光纤的有效模场面积随电压的变化曲线。

（五）具体实施方式

下面通过实施例详细描述本发明所提供的电压可调的双芯光子晶体光纤太赫兹波滤波器。但本领域的技术人员应该认识到，在权利要求的范围内，可以做出形式上和细节上的多种变型。因此本发明绝不仅限于以下所述的实施例。

实施例：