基于反谐振结构的太赫兹光纤及其特性研究
摘要
太赫兹波因其在电磁波谱中独特的位置，有着许多特别的特性，在近些年来应用越
来越广泛。同时，太赫兹空芯反谐振光纤因其纤芯超高的占空比和优秀的设计灵活性在
太赫兹应用研究方面被广泛关注。但目前对基于反谐振结构的保偏光纤的研究大多集中
在传统波段，且有着双折射较低，耦合长度较长等问题。据此，本文设计了两种基于反
谐振原理的太赫兹保偏光纤，并通过有限元方法进行数值分析。
本文概述了太赫兹波的背景及应用，并介绍了反谐振保偏光纤的发展现状，表明了
研究课题的重要意义。讨论了反谐振光纤的导光机理及分析模型，简单介绍了数值分析
方法，对本文中使用的有限元法展开了详细介绍。
设计了一种太赫兹单偏振反谐振光纤，通过在包层中选定的几个反谐振管中引入介
电常数接近为零（epsilon-near-zero，ENZ）的材料，提升光纤单偏振性能。光纤各结构
参数和增益因子对设计的太赫兹单偏振反谐振光纤特性有着较大的影响，对其进行了详
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细的讨论。在1THz时实现了1.26×10的高双折射和12882的高偏振消光比。对于需
要出色的单偏振特性的各种偏振系统有着潜在的应用价值。
设计了一种有着宽带宽、低传输损耗优异特性的不对称太赫兹偏振分束光纤。首先
设计了一种太赫兹波段下的高双折射反谐振单芯光纤，然后将其扩展成不对称双芯光纤
用于实现偏振分束。该不对称双芯偏振分束光纤在入射光频率为1THz时，分束长度仅
为0.37cm。有着优秀偏振分束性能的带宽能够达到0.06THz。
本文设计的具有高双折射、高偏振消光比的太赫兹单偏振反谐振光纤和具有低分束
长度，宽带宽，高消光比的太赫兹不对称双芯偏振分束光纤在偏振敏感系统、光通信、
传感系统等方面有着广泛的应用前景。
关键词：太赫兹波；保偏光纤；反谐振光纤；单偏振；偏振分束
基于反谐振结构的太赫兹光纤及其特性研究
ABSTRACT
Terahertz(THz)waveshavemanyspecialpropertiesduetotheiruniquepositioninthe
electromagneticspectrumandhavebeenusedmoreandmorewidelyinrecentyears.
Meanwhile,theTHzhollow-coreanti-resonantopticalfibersarewidelyfollowedinterahertz
applicationresearchduetotheirultra-highdutycycleofthefibercoreandexcellentdesign
flexibility.Moststudiesonanti-resonantstructuresbasedondeflection-preservingfibers
focusonconventionalbandsandhaveproblemssuchaslowerbirefringenceandlonger
couplinglengths.Weproposedtwoterahertzpolarization-preservingfibersbasedonthe
anti-resonanceprincipleareproposedandnumericallyanalyzedbythefiniteelementmethod.
Weoutlinethebackgroundandapplicationsofterahertzwaves,andint