引用本文:

邓宇翔,葛志辉,张振荣,等. 双圆环套管叠加双直板空芯反谐振光纤研究[J]. 光通信技术,2025,49(6):96-101.

双圆环套管叠加双直板空芯反谐振光纤研究

邓宇翔,葛志辉,张振荣*

(广西大学 计算机与电子信息学院,南宁 530004)

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摘要:为提升太赫兹频段光纤的传输性能并兼顾高双折射与低损耗,设计了一种双圆环套管叠加双直板的空芯反谐振光纤结构。该结构通过引入双直板实现几何非对称性,增强双折射特性,并采用有限元法对关键几何参数(如板间距、板厚度及包层直径等)进行系统优化。仿真结果表明:在1 THz频率下,所提光纤的双折射值达到4.5×10-4,且在0.84~1.1 THz宽频带内双折射始终高于10-4,总损耗维持在较低水平;同时,该结构在弯曲半径低至0.3 m时仍具备良好的抗弯性能。

关键词:特种光纤;保偏光纤;空心反谐振光纤;双折射;太赫兹

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2025)06-0096-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.06.018

文章是关于《双圆环套管叠加双直板空芯反谐振光纤研究》的总结,主要探讨了为提升太赫兹频段光纤的传输性能并实现高双折射与低损耗的兼顾,设计的一种新型空芯反谐振光纤结构。以下是文件的核心内容总结:

1.研究背景与动机:

•太赫兹频段优势:太赫兹波段(0.1–10 THz)因其独特的材料穿透性和分子指纹谱识别能力而受到广泛关注。

•现有问题:传统空芯反谐振光纤在结构设计、双折射性能与机械强度方面存在不足,难以实现高于10⁻⁴量级的稳定双折射,且部分设计以牺牲机械强度为代价。

•研究目的:设计一种新型空芯反谐振光纤结构,旨在提升太赫兹频段光纤的传输性能,同时兼顾高双折射与低损耗。

2.光纤结构设计:

•设计基础:在传统反谐振光纤基础上引入双直板结构,形成几何非对称性,增强双折射特性。

•结构参数:包括核心直径、内外圆环直径、直板厚度、圆环壁厚以及直板与核心的间距等,这些参数共同决定光纤的模式分布、反谐振条件及损耗性能。

•制造技术:采用3D打印技术进行制造,该技术已被证实适用于太赫兹空芯反谐振光纤的制备。

3.理论分析与仿真方法:

•导波机理:非圆对称结构引入保偏特性,通过几何差异增强双折射效应。

•反谐振条件:包层内的圆环与直板等薄壁结构通过满足反谐振条件,将光场限制于空芯中传输。

•仿真方法:采用有限元法进行数值模拟,确保结果的精度与可靠性。

4.参数优化与性能分析:

•关键参数优化:针对包层直径、板间距与板厚度等关键几何参数进行系统优化,以实现低损耗与高双折射的最佳平衡。

•宽带传输性能:在0.84~1.10 THz频率范围内表现出稳定的低损耗特性,双折射值始终高于10⁻⁴。

•弯曲性能分析:具备较高的抗弯曲韧性,最小弯曲半径可达0.3 m。

5.机械强度与对比分析:

•机械强度对比:双直板结构在抵抗纵向和横向应力时表现最佳,中心导光区所受干扰较小。

•性能对比总结:与多种高双折射空芯反谐振光纤进行性能对比,结果显示所提结构在保持高双折射与低总损耗的同时,具备更小的弯曲半径和更宽的工作带宽。

6.结论与展望:

研究成果:设计的双圆环套管叠加双直板的空芯反谐振光纤在低损耗与高双折射特性方面表现优异,为太赫兹波段的高性能光纤传输提供了新的解决方案。

未来工作:聚焦于该结构在复杂环境下的传输性能研究及制造工艺优化,以推动其在实际系统中的应用进程。