太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究.doc

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1、太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究摘要：作为H前产牛太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产牛的太赫兹波具有方向性好、相干性好等优点。另一方面，光纤激光器以光纤作为增益介质的锁模激光器可以由激光二极管(LD)直接抽运，效率高、结构紧凑、价格低廉。由于光纤具有很大的表面积-体积比，且散热效果极好，故可利用大功率LD直接抽运，实现高功率光纤激光器，从而为高功率太赫兹辐射源的小型化、实用化设计提供一条路径。本文运用软件数值模拟，研究了太赫兹波在太赫兹光子晶体光纤屮的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模

2、场面积与光纤包层结构的关系，为上述高功率、小型化太赫兹源的设计提供了一定的理论依据。关键词：太赫兹波塑料光子晶体光纤传输特性大模场面积光纤有限元法Abstract：Asoneoftheforemostsourcestoproduceterahertzwavescurrently,femtosecondpulsesgeneratedTHzwaveswithgooddirectionandcoherence・Ontheotherhand,opticalfiberlasercangainthemode-lockedlase

3、rwithhighefficiency,compactstructureandlowprice,whichusefiberasgainmedia,pumpeddirectlybylaserdiode(LD).Asithaslargesurfacearea・volumeratioandiswellthermalradiation,opticalfibercanbepumpeddirectlybyhigh-powerLDtoachievehigh-powerfiberlaser.Itprovidesthepathford

4、esignpracticalhighpowerTHzemittersofminiaturization.Inthispaper,byusingnumericalsimulationsoftware,weanalyzedthecut-offcharacteristic,dispersioncharacteristic,losscharacteristicandsoonofTHz・PCF,anddiscussedtherelationshipbetweeneffectivemode-basedareaandTHz-PCF

5、^structureparametersofcladding.WedothesetoprovidesometheoreticalbasisfordesignthehighpowerTHzemittersofminiaturizationwhatwehaveintroducedabove.Keywords:TerahertzWavesPlasticPhotonicCrystalFiberTransmissionCharacteristicsLargeModeAreaFiberFiniteElementMethod1.引

6、言随着超快激光(UltrafhstLaser,UL)技术的进步，为太赫兹(Terahertz,THz)波的产牛提供了稳定、可靠的激光光源，使太赫兹波的理论研究和探测技术得到蓬勃发展。研究表明，该波段电磁波包含有非常丰富的物理和化学信息，与其它波段的电磁波相比，具有低光子能量性、大分子“指纹”性、选择吸收性⑴等特性，能广泛地运用于医学成像、安全检查、环境监测、天体研究、无线通讯等诸多领域［I】。由于传统的太赫兹辐射源体积庞大，不易移动，并且没有有效的波导材料来约束太赫兹波的传输，导致太赫兹波大都在空气屮传输，损耗大且不

7、易控制传输方向。为了克服丄述困难，研究者提出过各式各样的结构，而聚合物光子晶体光纤(PlasticPhotonicCrystalFiber,PPCF)正是其屮的佼佼者。另一方而，光纤激光器是近年来高功率、短脉冲激光光源研究领域)11的热点，与其他激光器相比,无论在光束质量、体积重量、转换效率，还是散热、使用寿命、工作性能、系统维护等方而，都具有明显的优势［习。利用光纤激光器的诸多优势，为我们在高功率、小型化、实用化太赫兹辐射源设计提供了一条有效路径。但在传统光纤激光器屮，随着光纤功率的增加，会导致光纤屮的光功率密度较

8、高，引发的非线性效应限制了传统光纤激光器功率的进一步提高。而犬模场面积光子晶体光纤通过在光纤包层小引入周期性排列的空气孔，可以极大地提高光纤的纤芯直径并保持单模，从而可有效降低非线性。2.传输特性分析2.1选择介质材料普通的光纤大都采用石英材料，然而太赫兹波在石英小的衰减很大，无法透过，因此常规的石英纤芯光子晶体光纤难以作为太赫兹波导。研究发现