多層膜紅外及太赫茲空芯光纖.pdf

1、傳統(tǒng)的二氧化硅通信光纖由于在中遠紅外以及太赫茲波段存在很大的介質(zhì)材料吸收而無法傳輸此波段的電磁波。介質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)的空芯光纖在這些波段有著優(yōu)越的性能，因為能量是在光纖的內(nèi)部空氣芯中傳輸。通過選擇合適內(nèi)鍍介質(zhì)膜的厚度，可以實現(xiàn)在特定波長處實現(xiàn)低損耗窗口。自上個世紀八十年代，空芯光纖先后經(jīng)歷了理論體系的建立，內(nèi)鍍金屬膜光纖的制備，單層介質(zhì)金屬光纖的低損耗傳輸，以及近年多層介質(zhì)膜光纖的發(fā)展歷程。
　　本文重點討論多層介質(zhì)膜空芯光纖的進一步發(fā)

2、展。首先詳細的闡述了兩種空芯光纖的理論模型。對于幾何光學模型，采用傳輸矩陣算法，總結(jié)了計算模擬單層介質(zhì)膜以及多層介質(zhì)膜光纖損耗特性的方法。同時計算了介質(zhì)膜表面粗糙度對于光纖損耗的影響。對于傳輸線模型，給出了計算偶數(shù)層以及奇數(shù)層介質(zhì)膜時的HE11模損耗的方法。同時引入了介質(zhì)膜吸收對于光纖損耗的影響。介質(zhì)膜表面粗糙度一直是帶來紅外多層膜光纖附加損耗最重要的因素。實驗結(jié)果表明，在實際介質(zhì)膜粗糙的情況下，光纖的各種設(shè)計參數(shù)均稍有別于原始的理論值

3、。所以，有必要討論介質(zhì)膜粗糙時，光纖參數(shù)的最優(yōu)化設(shè)計。本文給出了多層膜光纖內(nèi)半徑、介質(zhì)膜層數(shù)、介質(zhì)膜厚度以及介質(zhì)膜折射率的最優(yōu)化設(shè)計，同時提出了多層膜光纖粗糙度容限的概念。
　　雖然各種類型的多層膜光纖已經(jīng)成功的用于近紅外的傳輸，但是中紅外波段的多層膜光纖制作依然存在很大的挑戰(zhàn)，這是由于較厚的介質(zhì)膜帶來很大的粗糙度。本文根據(jù)理論設(shè)計的參數(shù)，采用SiO2和AgI成功制備了用于中紅外5.3μm傳輸?shù)娜龑幽す饫w。詳細的討論了銀膜、SiO

4、2以及AgI介質(zhì)膜的制備工藝。如何有效的降低介質(zhì)膜的表面粗糙度，以及如何精確的控制介質(zhì)膜的厚度，都進行了詳細的探討。制得的三層膜光纖在5.3μm有著明顯的低損耗窗口。在太赫茲波段，金屬鍍膜光纖以及鍍有單層介質(zhì)膜的光纖目前已經(jīng)有著較多的研究。多層膜光纖只是用于近中紅外波段的傳輸，其在遠紅外以及太赫茲波段的研究尚處于空白。同近紅外區(qū)域一樣，在太赫茲區(qū)域多層介質(zhì)膜結(jié)構(gòu)能夠有效的降低傳輸損耗以及彎曲損耗。本文詳細分析了多層膜太赫茲光纖的傳輸特性