太赫兹微结构保偏光纤及其偏振分束特性研究

作     者：王宝库 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：田凤军;窦娜

授予年度：2020年

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 0702[理学-物理学] 

主      题：太赫兹波 保偏光纤 微结构光纤 单偏振 偏振分束 

摘      要：太赫兹波因其频谱处于红外和微波之间的特殊位置,具有一系列独特的优异特性,已广泛应用于通讯、成像、检测及传感领域。微结构光纤具有高双折射、低损耗特性,适合用于太赫兹波的保偏传输。经过前期调研发现,目前大多数太赫兹保偏光纤为高双折射太赫兹光纤,太赫兹保偏光纤用于偏振分束的工作频率比较单一。为了解决这两个问题,本文设计了两种新型太赫兹微结构保偏光纤:一种是单偏振太赫兹光子晶体光纤,该光纤可以在较宽的工作带宽内实现太赫兹波的单偏振传输;另一种是用于可调谐偏振分束的高双折射双芯太赫兹光纤,该光纤可以将两个正交的偏振模分束成线偏振光,并且其工作频率可在较宽的频率范围内调节。对于所设计的单偏振太赫兹光子晶体光纤,其包层为方形晶格,纤芯为实芯。在纤芯周围选定的几个空气孔中引入了介电常数接近为零(epsilon-near-zero,ENZ)的材料,并在纤芯区域掺杂了增益材料。该光纤在0.960-1.307 THz(带宽为0.347 THz)频率范围内最小损耗差为13.2 dB。只需1.52 cm的光纤长度就可以在较宽的工作带宽内实现单偏振太赫兹传输,不需要的模式的损耗在整个工作频带上要比需要的模式的损耗高20 dB以上。该单偏振太赫兹光子晶体光纤特性受到增益材料的增益因子、增益区域的直径及纤芯两侧空气孔的直径等参数的影响。对于所设计的用于可调谐偏振分束的高双折射双芯太赫兹光纤,每个纤芯为有两个椭圆空气孔的椭圆聚合物。该双芯太赫兹偏振分束光纤在中心频率1 THz处,其分束长度为0.865 cm,传输损耗小于0.13 dB,消光比优于-10 dB的工作带宽为0.033 THz。此外,提出并证明了一种在光纤外侧施加的压力来调节偏振分束光纤的工作频率的有效方法,该方法实现了太赫兹偏振分束光纤的可调谐功能。本文所设计的具有宽带宽、大损耗差的单偏振太赫兹光子晶体光纤和具有结构紧凑、低传输损耗、宽带宽的可调谐太赫兹偏振分束光纤在精密光学仪器、光通信系统、传感器等领域具有潜在的应用前景。