Page 23 - 网络电信2024年7月刊

光通信
合器的带宽比较大。从插入损耗随频率的变化曲线可以得到耦
合器的工作带宽，在理想情况下，1×2耦合器的插入损耗为3.0
dB。当入射波长偏离中心波长时，插入损耗会随着偏离程度的
增大而增大。本研究以插入损耗小于3.5 dB为工作频率范围的
限定条件。
从图9可以看出：X偏振和Y偏振两种情况下，在1.0 THz附
近，此结构的插入损耗均较低，1.0 THz时的最低插入损耗为
3.01 dB；在所有带宽范围内，偏振相关损耗均低于0.2 dB。
从两条偏振曲线可以看出，该耦合器件对偏振不敏感，在
0.82～1.34 THz范围内插入损耗均小于3.5 dB，带宽可以达到
0.52 THz。综上，这种耦合器具有大带宽、低损耗传输的特
点。此外，图9中仅给出一个端口的损耗曲线，由于结构具有对
称性，两个端口的输出实际上是完全相同的。耦合器输出端口
的宽带均匀分束特性主要源自其对称的分束结构。从图10可以
看出，传输损耗对器件损耗的影响较小，与单芯结构的传输损
耗相比，三芯结构的传输损耗较小。
图9 插入损耗频谱曲线
图10 三芯结构的模式传输损耗曲线
下面分析双芯结构的损耗和带宽特性。为方便结果对比，
将双芯耦合器的结构参数设置成与三芯耦合器结构参数一致，
即波导直径Dcore=4.37 mm，包层管半径R=0.437 mm，包层管壁厚
度t=0.09 mm,D1=2.53 mm,dr=1.766 mm，双芯结构如图11所示。 振太赫兹光纤耦合器，通过COMSOL多物理场仿真耦合软件对新
取中心频率为1 THz，采用前述方法可以得到其对应的耦合长度
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为59.28 mm。再以此光纤长度分析不同频率下两个纤芯的插入
损耗。双芯耦合器两个纤芯的输出能量相等，从图12所示的频
率和插入损耗之间的关系可以看出，两个纤芯的能量处于互补
的状态，在1 THz下左边纤芯与右边纤芯的插入损耗值均在3 dB
附近，此时关系曲线斜率相对较大，说明插入损耗随频率的变
化很快。在0.9～1.1 THz范围内，双芯耦合器的插入损耗小于
3.45 dB，带宽为0.2 THz。在此频率范围内，两个输出端口的
输出功率仅在1 THz时相同，其他位置均无法实现均匀输出。由
以上结果可知，采用三芯结构可以有效增大工作带宽，且两个
输出端面具有均匀输出。
图11 双芯结构示意图
图12 双芯结构耦合器的插入损耗曲线
4 结论
设计了一种以环烯烃共聚物为基底材料的三芯空芯反谐
型结构的太赫兹波导模式进行分析计算，对波导间的模场分布
和纤芯之间模式耦合特性进行分析。采用有限元分析法和全矢
量光束传播法对结构参数、耦合长度及损耗、带宽等特性进行
分析。结果表明：耦合长度随着芯间距的增加而增大，随着孔
间距的增大而减少，模式的传输损耗对器件插入损耗的影响很
小；三芯结构由于具有对称性，可以实现均匀分光的1×2光分
束，工作带宽达到0.52 THz，且插入损耗小于3.5 dB，偏振相
关损耗小于0.2 dB。