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1、太赫茲光子晶體光纖傳輸特性及大模場的數(shù)值研究摘要：作為H前產(chǎn)牛太赫茲波的主要輻射源之一，飛秒脈沖產(chǎn)牛的太赫茲波具有方向性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)。另一方面，光纖激光器以光纖作為增益介質(zhì)的鎖模激光器可以由激光二極管(LD)直接抽運(yùn)，效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉。由于光纖具有很大的表面積-體積比，且散熱效果極好，故可利用大功率LD直接抽運(yùn)，實現(xiàn)高功率光纖激光器，從而為高功率太赫茲輻射源的小型化、實用化設(shè)計提供一條路徑。本文運(yùn)用軟件數(shù)值模擬，研究了太赫茲波在太赫茲光子晶體光纖屮的截止特性、色散特性、損耗特性等傳輸特性，并討論了大模
2、場面積與光纖包層結(jié)構(gòu)的關(guān)系，為上述高功率、小型化太赫茲源的設(shè)計提供了一定的理論依據(jù)。關(guān)鍵詞：太赫茲波塑料光子晶體光纖傳輸特性大模場面積光纖有限元法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、言隨著超快激光(UltrafhstLaser,UL)技術(shù)的進(jìn)步，為太赫茲(Terahertz,THz)波的產(chǎn)牛提供了穩(wěn)定、可靠的激光光源，使太赫茲波的理論研究和探測技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。研究表明，該波段電磁波包含有非常豐富的物理和化學(xué)信息，與其它波段的電磁波相比，具有低光子能量性、大分子“指紋”性、選擇吸收性⑴等特性，能廣泛地運(yùn)用于醫(yī)學(xué)成像、安全檢查、環(huán)境監(jiān)測、天體研究、無線通訊等諸多領(lǐng)域［I】。由于傳統(tǒng)的太赫茲輻射源體積龐大，不易移動，并且沒有有效的波導(dǎo)材料來約束太赫茲波的傳輸，導(dǎo)致太赫茲波大都在空氣屮傳輸，損耗大且不
7、易控制傳輸方向。為了克服丄述困難，研究者提出過各式各樣的結(jié)構(gòu)，而聚合物光子晶體光纖(PlasticPhotonicCrystalFiber,PPCF)正是其屮的佼佼者。另一方而，光纖激光器是近年來高功率、短脈沖激光光源研究領(lǐng)域)11的熱點(diǎn)，與其他激光器相比,無論在光束質(zhì)量、體積重量、轉(zhuǎn)換效率，還是散熱、使用壽命、工作性能、系統(tǒng)維護(hù)等方而，都具有明顯的優(yōu)勢［習(xí)。利用光纖激光器的諸多優(yōu)勢，為我們在高功率、小型化、實用化太赫茲輻射源設(shè)計提供了一條有效路徑。但在傳統(tǒng)光纖激光器屮，隨著光纖功率的增加，會導(dǎo)致光纖屮的光功率密度較
8、高，引發(fā)的非線性效應(yīng)限制了傳統(tǒng)光纖激光器功率的進(jìn)一步提高。而犬模場面積光子晶體光纖通過在光纖包層小引入周期性排列的空氣孔，可以極大地提高光纖的纖芯直徑并保持單模，從而可有效降低非線性。2.傳輸特性分析2.1選擇介質(zhì)材料普通的光纖大都采用石英材料，然而太赫茲波在石英小的衰減很大，無法透過，因此常規(guī)的石英纖芯光子晶體光纖難以作為太赫茲波導(dǎo)。研究發(fā)現(xiàn)
