0 引言

太赫兹波谱具有巨大的开发潜力，在光谱检测[1]、安防[2]、生物成像[3]、传感[4]及宽带通信[5]等领域都有独特的优势和潜在的应用价值。然而，太赫兹波对空气中的水蒸气高度敏感，在自由空间中传输容易与空气水分子耦合，从而产生较大的传输损耗[6]，这限制了其在远程传输和高稳定性场景中的应用。低损耗光纤或波导具有屏蔽外界环境干扰和柔性可弯曲的优点，可以促进太赫兹波的推广应用。因此，低损耗太赫兹波导技术成为新一代太赫兹系统中的关键技术之一[7]，尤其是在太赫兹通信系统中。

在过去十几年中，为了实现低损耗的太赫兹波传输，人们提出了多种不同导光机理的光纤[8]。其中，基于光子带隙[9-11]和反谐振原理[12-14]的空芯光纤是目前最主流的发展方向。相比于光子带隙空芯光纤，反谐振空芯光纤的结构简单、制造冗余度大，且材料损耗更低、传输带宽更大，因而更受青睐。2002年，LITCHINITSER N M等人[15]在空芯光纤中引入反谐振反射波导（ARROW）机理，并提出了反谐振空芯光纤的概念。在太赫兹波导领域，LAI C H等人[16]在2009年首次引入了这一概念，并提出了一种基于ARROW原理的低折射率太赫兹管状波导。次年，G?魪R?魺ME F等人[17]提出了一种同样基于ARROW原理的太赫兹光纤，从简化光子晶体光纤结构的角度，将kagome-lattice光纤的包层简化成了单层气孔，成为了经典六包层管太赫兹反谐振光纤的原型。在2013年之前，反谐振空芯光纤的损耗普遍较高，直到2013年, VINCETTI L等人[18]制备了包层由一个圆形排列的电介质管组成的负曲率光纤, 在0.375 THz和0.828 THz处获得了较低的损耗（0.3、0.16 dB/cm）。随后，在众多研究者不断的探索下，太赫兹光纤限制损耗的研究获得了突破性进展，如2021年，孟淼等人[19]提出了一种以椭圆管为包层结构的新型双负曲率太赫兹光纤，在 2.44 THz 的频段内实现了3.2×10-6 dB /cm 的最低限制损耗；在 2.22~2.5 THz 的频段内限制损耗达到了 10-5、-10-6 dB/cm 的数量级。如今，人们主要围绕材料、结构、制造等方面对反谐振光纤开展了密集的研究。在太赫兹波低吸收损耗材料选取方面，人们逐渐将目光聚焦到了以COC（Topas）为代表的聚合物材料上[20]；在制造技术方面，近些年新兴的3D打印技术[21]成为了亮点；在结构优化和导光机理方面，负曲率结构[22-23]、无节点包层管结构[24]、嵌套包层管结构[25]的提出都使反谐振光纤的限制损耗技术研究取得了重大的突破。但是，这些研究大都将目光聚焦于空芯光纤的负曲率方面，很少涉及包层管正曲率部分的作用和它对空芯光纤限制损耗的影响。2020年，HAN Y等人[26]仿真研究了石英包层管由半圆半椭圆拼接的结构，结果显示包层管正曲率较大时限制损耗效果比常规圆包层管的反谐振光纤更好。由此可见，太赫兹反谐振光纤中包层管的正曲率部分也发挥着重要的作用，进一步探究包层管正曲率部分对限制损耗的影响具有重要的理论意义。基于此，本文提出一种新型太赫兹反谐振光纤。

3 结束语

本文基于模式耦合理论探究了反谐振光纤包层正曲率影响限制损耗的主要原理，研究了不同包层管下正曲率在限制损耗方面的表现，并在此基础上对结构进行了优化，设计了一种新型太赫兹反谐振光纤，使得纤芯对太赫兹波的约束进一步加强。仿真结果表明：该新型光纤在2.1~3.2 THz内的限制损耗比目前常规的嵌套圆光纤更低，最低限制损耗为1.58×10-5 dB/m，拥有良好的单模特性，且结构简单、易于制造；此外，所提新型光纤超低的限制损耗和宽传输带宽的特性，在通信和医疗成像等领域都有着巨大的应用前景。