太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究

太赫兹光子晶体光纤传输特性及大模场的数值研究

摘要：作为目前产生太赫兹波的主要辐射源之一，飞秒脉冲产生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中的截止特性、色散特性、损耗特性等传输特性，并讨论了大模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：As one of the foremost sources to produce terahertz waves currently, femtosecond pulses generated THz waves with good direction and coherence. On the other hand, optical fiber laser can gain the mode-locked laser with high efficiency, compact structure and low price, which use fiber as gain media, pumped directly by laser diode (LD). As it has large surface area - volume ratio and is well thermal radiation, optical fiber can be pumped directly by high-power LD to achieve high-power fiber laser. It provides the path for design practical high power THz emitters of miniaturization.

In this paper, by using numerical simulation software, we analyzed the cut-off characteristic, dispersion characteristic, loss characteristic and so on of THz-PCF, and discussed the relationship between effective mode-based area and THz-PCF’s structure parameters of cladding. We do these to provide some theoretical basis for design the high power THz emitters of miniaturization what we have introduced above. Keywords: Terahertz Waves Plastic Photonic Crystal Fiber Transmission Characteristics Large Mode Area Fiber Finite Element Method

1. 引言

随着超快激光（Ultrafast Laser，UL）技术的进步，为太赫兹（Terahertz，THz）波的产生提供了稳定、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

[1]

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

讯等诸多领域[2-4]。