介质_金属结构太赫兹空芯光纤的传输特性

第28卷　第11期光　学　学　报

Vol.28,No.112008年11月

ACTA OP TICA SINICA

November ,2008

文章编号:025322239(2008)1122057205

介质/金属结构太赫兹空芯光纤的传输特性

汤晓黎　石艺尉

(复旦大学通信科学与工程系,上海200433)

摘要　理论分析了金属、介质/金属结构空芯光纤在T Hz 波段的模式结构和传输特性。金属空芯光纤支持TE 11模式,介质/金属空芯光纤的介质膜厚在取最优值时支持H E 11模式。对于波长为200μm 的太赫兹波,内径为1mm 的两种空芯光纤,TE 11和H E 11模式的损耗分别为8.4dB/m 和2dB/m 。为优化介质/金属结构空芯光纤的传输性能,分析了金属和介质材料的光学常数对衰减系数的影响。基于几种已发表的金属在太赫兹波段的光学常数,计算结果表明铝是最好的选择;初步测量结果显示,在各种树脂材料中聚乙烯在T Hz 波段吸收较小,并且其折射率接近介质膜的最优值1.41,为太赫兹波空芯光纤中介质膜材料的理想选择。关键词　光波导;太赫兹空芯光纤;模式结构;传输特性

中图分类号　TN252 文献标识码　A doi :10.3788/AOS 20082811.2057

Tr a ns mis s i o n Ch a r act e ris t ics of Dielect ric 2Coa t ed Met al Holl ow

Fi be r f or Te r a he r t z Wa ve

Tang Xiaoli Shi Y iwei

(Dep a r t me nt of Com m u nica tion Scie nce a n d Engi neeri ng ,Fuda n U niversit y ,S ha nghai 200433,Chi n a )Abs t r act Transmission characteristics and mode st ructure of bot h metal hollow fiber and dielect ric 2coated metal hollow fiber for terahertz wave are studied.Theoretical evaluation shows that the TE 11mode is dominant in metal hollow fiber and has high coupling efficiency when a linearly polarized light source is launched.HE 11mode is mainly supported in dielect ric 2coated metal hollow fiber wit h an optimum thickness for the dielect ric film.The t ransmission loss of the TE 11and HE 11mode is 8.4dB/m and 2dB/m respectively at the wavelength of 200μm for the hollow fibers with 1mm bore size.The effects of optical constants of metals and dielect ric materials on attenuation coefficient are also discussed to optimize the t ransmission performance of dielect ric 2coated metal hollow fiber.Aluminum is the best choice among the commonly 2used metals based on p ublished optical constants.The optimum value for the ref ractive index of the dielect ric film is 1.41.According to the p rimary measuring results ,polyethylene is a p roper choice as its ref ractive index is 1.51and it brings low absorption in terahertz waves.Key w or ds optical waveguide ;terahertz hollow fiber ;mode st ructure ;t ransmission characteristic

收稿日期:2008201210;收到修改稿日期:2008205222

基金项目:浦江人才计划(07PJ 14012)资助课题。

作者简介:汤晓黎(1981-),女,博士研究生,主要从事太赫兹光波导等方面的研究。E 2mail :tangxiaoli @f 导师简介:石艺尉(1963-),男,教授,博士生导师,主要从事光波导等方面的研究。E 2mail :ywshi @f

1　引 言

太赫兹(Terahertz ,T Hz )通常是指频率在

0.1～10T Hz 范围内的电磁波[1],其波段位于电磁波谱中的微波和红外之间。T Hz 辐射在很多领域,如传感、成像、光谱学和医学都有应用的潜力[2,3]。对于T Hz 波导的研究尚处于实验室研究阶段。空芯光纤,作为T Hz 波导的一种,具有结构简单、无端口损耗等优点,在传输激光时将激光束缚在光纤内,具有很好的安全性。目前,文献报道的T Hz 空芯光

纤可分为四类:1)金属管空芯光纤[4,5],该结构空芯

光纤由于金属管内壁粗糙,传输损耗大,一般用来短距离传输T Hz 波(厘米级);2)介质管空芯光纤[6],虽然相比前一种空芯光纤,该结构空芯光纤损耗小,柔韧性好,但是弯曲造成的附加损耗较大;3)介质基管内镀金属膜的空芯光纤,我们称之为金属空芯光纤。当金属膜厚大于趋肤深度时,这种结构的空芯光纤在传输原理上和第一种是相同的。但是由于金属膜表面比金属管内壁光滑,金属空芯光纤的传输