Page 2 - 网络电信2024年7月刊
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光通信
组成，束缚损耗（γCL）的计算公式可由复基模指数的虚部表 响。通过减少D1将3个纤芯不断靠近，减小间隔纤芯孔与其相
示，即 邻孔的间距，同时保持其他孔的间距和结构不变。图3所示为
D1=4.8 mm时三芯结构中的模场分布。由图3可知，此结构可形
成两个超模。
式中：λ为入射光波长；Imneff为模式的有效折射率虚部。 图3 D1=4.8 mm时三芯结构的模场分布（a）偶模模式；（b）奇模模式
吸收损耗（γAL）的计算过程较为繁琐，为方便计算，通
过在材料的设置中引入材料的虚部得到复基模指数，将复基模
指数的虚部代入式（1），得到的损耗为束缚损耗和吸收损耗之
和，即模式的总损耗，将总损耗减去束缚损耗得到吸收损耗。
根据超模理论，三芯光纤耦合器支持3个超模式：2个对称
模式和1个反对称模式。以模式电场的y分量Ey(x,y）为例，如果
3个超模式的有效折射率neff1、neff2、neff3满足
即 图4所示为D1与耦合长度的关系曲线，耦合长度随着纤芯
间距的增加而增大。这是因为随着纤芯间距D1的增大，相邻纤
则三芯光纤耦合器中左侧A波导与右侧C波导之间会发生周 芯的模场重叠区域减小，导致耦合长度增大。需要注意的是，
期性交换，交换周期即为耦合长度LC，可以表示为 当纤芯间距D1小于4.8 mm时，3个纤芯的模式向着结构中心偏
移，进而发生重叠，无法实现分束效果，因此取D1≥4.8 mm。
这说明，利用三芯反谐振光纤在传播过程中的对称模s和反 图5(a）所示为D1与束缚损耗的关系曲线，由于偶模模式向中间
对称模a的有效折射率就可以得到该光纤的耦合长度。 纤芯扩展得较多，D1的增大造成模场增大以及纤芯束缚能力增
强，束缚损耗降低，而奇模受D1的影响较小。图5(b）所示为D1
单芯空芯反谐振光纤的基本参数为：纤芯直径D =core 4.37 与吸收损耗的关系曲线。从图5(c）可以看出，随着D1的增大，
mm，包层管半径R=0.437 mm，包层管介质层厚度t=0.09 mm。 偶模的总损耗呈现明显下降趋势，而奇模的总损耗变化不明
光纤材料选取环烯烃聚合物共聚物（COC），这种材料在太赫 显。与单芯光纤的模式损耗相比，三芯结构的奇模总损耗总是
兹波导中传输的损耗和色散较低。在0.2～1.5 THz范围内，材 小于单芯结构的模式总损耗，而当D1>4.8 mm时，三芯结构的模
料折射率为1.53，材料的吸收系数随频率线性增加，斜率为0.32 式总损耗也小于单芯光纤的模式总损耗。因此，采用三芯结构
cm-1/THz，总体吸收系数较低。当频率为1 THz时，其模场如图 实际上可以获得更小的模式损耗。这也与相关理论相符，即纤
2所示，束缚损耗为0.116 dB/m，吸收损耗为0.164 dB/m，传输总 芯尺寸越大，模式损耗越低。
损耗为0.28 dB/m。可见，束缚损耗和吸收损耗相近，且吸收损
耗占比更大。 图4 D1与耦合长度的变化关系
图2 空芯反谐振光纤的模场分布
3 耦合器特性分析 3.2 隔离孔间距dr对结构的影响
本节分析隔离孔间距对耦合长度及模式损耗的影响。根据
3.1 纤芯间距D1对结构的影响 3.1节的分析结果，将间距固定为D1=5.06 mm。定义两个隔离孔
在1 THz频率下，分析纤芯间距D1对耦合长度及损耗的影 中心的距离为ds，则孔间距dr=ds-2R，其中R为隔离孔半径，如
图1(b）所示。
固定频率为1 THz，分析隔离孔间距dr对耦合长度及损耗的
影响。当隔离孔间距大于1.9 mm时，三芯之间发生重叠，隔离
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