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## 太赫兹双芯反谐振光纤的设计和耦合特性

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• #### 摘要

设计了一种新型的太赫兹双芯反谐振光纤, 利用有限元分析法对光纤的损耗特性、双芯之间的耦合特性等进行了理论分析. 结果表明, 单芯反谐振光纤在一定范围内改变内包层管的排列分布, 其传输特性并不会受到明显的影响, 据此可以改变双芯光纤的内包层管的排列分布, 从而利用模式泄漏耦合机制在太赫兹波段实现双芯反谐振光纤的定向耦合. 本文通过改变纤芯距离和纤芯间的间隙大小, 在2.5 THz的传输频率下实现了耦合长度为0.72 m的定向耦合, 这种太赫兹双芯反谐振光纤将在太赫兹光开关、调制器和耦合器等太赫兹光学器件中具有重要的应用价值.

#### 施引文献

• 图 1  端面示意图　(a) HC-ARF基础结构; (b) O-ARF; (c) I-ARF

Fig. 1.  The cross-section of (a) HC-ARF, (b) O-ARF, and (c) I-ARF.

图 2  I-ARF与O-ARF的限制损耗和纤芯能量占比随φ的变化曲线

Fig. 2.  Confinement loss and energy rate as a function of φ for the fundamental mode in I-ARF and O-ARF.

图 3  模场图　(a) HC-ARF; (b) φ = 30°, O-ARF; (c) φ = 50°, O-ARF

Fig. 3.  Fundamental mode distribution of (a) HC-ARF, and O-ARF of φ = 30°(b) and φ = 50° (c).

图 4  模场图　(a) HC-ARF; (b) φ = 40°, I-ARF; (c) φ = 60°, I-ARF

Fig. 4.  Fundamental mode distribution of (a) HC-ARF, and I-ARF of φ = 40°(b) and φ = 60° (c).

图 5  (a) 镜像双芯反谐振光纤端面示意图; x偏振方向上的对称模s (b)和反对称模a (c)的模场图

Fig. 5.  (a) The cross-section of dual-core HC-ARF with mirror composition; the fundamental mode distribution ofeven-mode s (b) and odd-mode a (c) at x-polarization.

图 6  (a) 镜像双芯反谐振光纤的耦合长度随φ的变化曲线; 光纤在x偏振方向上的对称模s的模场图 (b) φ = 30°; (c) φ = 42°; (d) φ = 60°

Fig. 6.  (a) Coupling length as a function of φ for dual-core HC-ARF with mirror composition and the fundamental mode distribution of even-mode at x-polarization when (b) φ = 40°, (c) φ = 42° and (d) φ = 60°.

图 7  (a) 包层重构型双芯反谐振光纤端面示意图; x偏振方向上的模场图 (b) 对称模s, (c) 反对称模a

Fig. 7.  (a) The cross-section of dual-core HC-ARF with cladding reconstruction; the fundamental mode distribution of (b) even-mode s and (c) odd-mode a at x-polarization.

图 8  (a) 包层重构型双芯反谐振光纤在不同Dr下的耦合长度随dr的变化曲线; (b) 包层重构型双芯反谐振光纤在不同Dr下的纤芯能量占比随dr的变化曲线

Fig. 8.  (a) Coupling length (Lc) and (b) energy rate (R) as a function of dr under different Dr for dual-core HC-ARF with cladding reconstruction.

•  [1] Zhong K, Shi W, Xu D G, Liu P X, Wang Y Y, Mei J L, Yan C, F u, S J, Yao J Q 2017 Sci. China Technol. Sc. 60 1801 [2] Homare M, Yoshiaki S, Isao Y, Shigenori N, Tetsuya Y, Chiko O 2020 Opt. Express 28 12279 [3] Cao Y Q, Huang P J, Li X, Ge W T, Hou D B, Zhang G X 2018 Phys. Med. Biol. 63 035016 [4] Withayachumnankul W, Yamada R, Fujita M, Nagatsuma T 2018 APL Photonics 3 051707 [5] Otter W J, Ridler N M, Yasukochi H, Soeda K, Konishi K, Yumoto J, Kuwata-Gonokami M, Lucyszyn S 2017 Electron Lett. 53 471 [6] Yoo S, Park J, Choo H 2020 Results Phys. 16 102881 [7] Islam M S, Sultana J, Atai J, Islam M R, Abbott D 2017 Optik 145 398 [8] 魏薇, 张志明, 唐莉勤, 丁镭, 范万德, 李乙钢 2019 物理学报 68 114209 Wei W, Zhang Z M, Tang L Q, Ding L, Fan W D, Li Y G 2019 Acta Phys. Sin. 68 114209 [9] Wei C L, Weiblen R J, Menyuk C R, Hu J 2017 Adv. Opt. Photonics 9 504 [10] Hasanuzzaman G K M, Iezekiel S, Markos C, Habib M S 2018 Opt. Commun. 426 477 [11] Zhang W, Lian Z G, Trevor B, Wang X, Lou S Q 2019 J. Opt. 21 025001 [12] Wang X Y, Li S G, Liu Q, Wang G Y, Zhao Y Y 2017 Plasmonics 12 1325 [13] Sultana J, Islam M S, Faisal M, Islam M R, Ng B W, Ebendorff-Heidepriem H, Abbott D 2018 Opt. Commun. 407 92 [14] Hasan M R, Akter S, Khatun T, Rifat A A, Anower M S 2017 Opt. Eng. 56 043108 [15] Wang D D, Mu C L, Kong D P, Guo C Y 2019 Chin. Phys. B 28 118701 [16] Dupuis A, Allard J, Morris D, Stoeffler K, Dubois C, Skorobogatiy M 2009 Opt. Express 17 8012 [17] 姜子伟, 白晋军, 侯宇, 王湘晖, 常胜江 2013 物理学报 62 028702 Jiang Z W, Bai J J, Hou Y, Wang X H, Chang S J 2013 Acta Phys. Sin. 62 028702 [18] Busch S F, Weidenbach M, Balzer J C, Koch M 2015 J. Infrared Milli. Terahz. Waves 37 303 [19] Cunningham P D, Valdes N N, Vallejo F A, Hayden L M, Polishak B, Zhou X H, Luo J D, Jen A K, Williams J C, Twieg R J 2011 J. Appl. Phys. 109 043505 [20] Liang J, Ren L Y, Chen N N, Zhou C H 2013 Opt. Commun. 295 257 [21] Li S H, Wang J 2015 Opt. Express 23 18736
•  [1] 白晋军, 王昌辉, 侯宇, 范飞, 常胜江. 太赫兹双芯光子带隙光纤定向耦合器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.61.108701 [2] 姜子伟, 白晋军, 侯宇, 王湘晖, 常胜江. 太赫兹双空芯光纤定向耦合器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.62.028702 [3] 施伟华, 尤承杰, 吴静. 基于表面等离子体共振和定向耦合的D形光子晶体光纤折射率和温度传感器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.64.224221 [4] 付博, 李曙光, 姚艳艳, 张磊, 张美艳, 刘司英. 双芯高双折射光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.58.7708 [5] 刘硕, 李曙光, 付博, 周洪松, 冯荣普. 中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.60.034217 [6] 李齐良, 谢玉永, 朱殷芳, 赵知劲, 王天枢, 钱 胜, 林理彬. 具有高阶耦合色散系数三芯光纤耦合器非线性光开关特性的研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.57.5651 [7] 俞重远, 张晓光, 刘秀敏. 三芯非线性光纤耦合器中的短脉冲光开关. 物理学报, doi: 10.7498/aps.50.904 [8] 张戎, 郭旭光, 曹俊诚. 太赫兹量子阱光电探测器光栅耦合的模拟与优化. 物理学报, doi: 10.7498/aps.60.050705 [9] 戴雨涵, 陈小浪, 赵强, 张继华, 陈宏伟, 杨传仁. 太赫兹波段谐振频率可调的开口谐振环结构. 物理学报, doi: 10.7498/aps.62.064101 [10] 韩煜, 袁学松, 马春燕, 鄢扬. 波瓣波导谐振腔太赫兹回旋管的研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.61.064102 [11] 李珊珊, 常胜江, 张昊, 白晋军, 刘伟伟. 基于悬浮式双芯多孔光纤的太赫兹偏振分离器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.63.110706 [12] 汪静丽, 刘洋, 钟凯. 基于领结型多孔光纤的双芯太赫兹偏振分束器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.024209 [13] 吴倩, 张诸宇, 郭晓晨, 施伟华. 基于光子晶体光纤交叉敏感分离的磁场温度传感研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.67.20180680 [14] 付亚男, 张新群, 赵国忠, 李永花, 于佳怡. 基于谐振环的太赫兹宽带偏振转换器件研究. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.180701 [15] 周璐, 赵国忠, 李晓楠. 基于双开口谐振环超表面的宽带太赫兹涡旋光束产生. 物理学报, doi: 10.7498/aps.68.20182147 [16] 白晋军, 王昌辉, 霍丙忠, 王湘晖, 常胜江. 低损宽频高双折射太赫兹光子带隙光纤. 物理学报, doi: 10.7498/aps.60.098702 [17] 赵冬梅, 施宇蕾, 周庆莉, 李磊, 孙会娟, 张存林. 基于人工复合材料的太赫兹波双波段滤波. 物理学报, doi: 10.7498/aps.60.093301 [18] 刘建丰, 周庆莉, 施宇蕾, 李磊, 赵冬梅, 张存林. 基底对亚波长金属双环结构太赫兹透射性质的影响. 物理学报, doi: 10.7498/aps.61.048101 [19] 张学进, 陆延青, 陈延峰, 朱永元, 祝世宁. 太赫兹表面极化激元. 物理学报, doi: 10.7498/aps.66.148705 [20] 张真真, 黎华, 曹俊诚. 高速太赫兹探测器. 物理学报, doi: 10.7498/aps.67.20180226
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##### 出版历程
• 收稿日期:  2020-05-04
• 修回日期:  2020-06-28
• 上网日期:  2020-10-12

## 太赫兹双芯反谐振光纤的设计和耦合特性

• 1. 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津　300072
• 2. 天津大学光电信息技术教育部重点实验室, 天津　300072
• 3. 天津市现代激光光学技术研究院, 天津　300384

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