对称平面单轴晶体金属波导的模式场(1)

由于平面各向异性介质金属波导的重要应用,本文讨论了光在对称平面单轴晶体金属波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.对于晶体光轴位于波导界面法方向与传输方向构成的平面内的特殊波导结构,利用麦克斯韦方程组并结合单轴晶体的性质,精确解出了波导模式场.结果表明:1)此种特殊结构波导内存在横电波(TE)和横磁波(TM);2)TM波的坡印廷矢量与波矢方向不在一条直线上;3)波导层为负单轴晶体时波导主模是TE波主模,而波导层为正单轴晶体时波导主模是TM波主模.     

同轴波导内金属支撑杆的散射特性研究

 对同轴波导内传输TEM模时金属支撑杆的散射特性进行了研究。通过将同轴波导等效为窄边是磁壁的矩形波导,建立了金属支撑杆的散射场计算模型,用积分方程法得到了散射场的计算公式,其计算结果与有限元方法仿真结果吻合良好。分析计算和实验表明：当同轴波导传输TEM模时,n根角向均匀分布的支撑杆在同轴波导内激励起一系列TE(mn)1模式;当n大于同轴波导截面平均周长与波长之比时,金属杆所激励的高阶模截止,输出和反射模式仅为TEM模,其反射系数随支撑杆根数或支撑杆半径的增加而增大,随频率的升高而减小。     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

光子晶体波导耦合的波分复用研究

两平行光子晶体单模波导的相互耦合组成一个耦合结构。两本征模的色散曲线相交并出现简并,简并模之间的耦合作用使模式的分布发生了改变。由于耦合的作用,各个波长的光波会在不同的波导中传输。在简并点处两本征模发生解耦合,光波会沿着原来的方向传输。将两个不同耦合长度的光子晶体波导耦合结构集成在一起,就可以组成一个三波长的光子晶体波分复用器。     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

离子交换LiNbO_3:Fe平面光波导中两波混合的研究

本文利用耦合波理论分析推导了单模平面光波导中两波混合的耦合波方程和弱相干光放大率的表示式.并且,在LiNbO_3:Fe单模平面光波导中进行了两波混合的实验研究,得到了与理论分析相符合的结果.     

局域波导模展开方法求解梯度型折射率光纤

将阶跃折射率光纤作为一个理想波导,以这个理想波导纤芯一包层的界面为界将横向平面分成两个区域,然后用局域波导模展开方法以及耦会波理论计算了梯度折射率光纤模式场和传播常数.     

一种分析楔形光纤的等效矩形近似-阶梯串联法

楔形光纤(WSF)是实现平面光波光路芯片入出端口与光纤高效连接的核心部件. 采用数值模拟方法分析其中光波传输演化过程,是优化设计光子器件耦合结构的重要基础. 提出基于等效矩形近似的三维阶梯串联法(ERA-SCM),将楔端沿传输方向细分,引入矩形波导近似,给出了细分后各段近似矩形波导的等效折射率;在此基础上,建立了阶梯串联法分析模型,分级给出WSF中光波传输过程与模场演变. 数值分析结果表明,ERA-SCM比有限差分束传播法(FD-BPM)能够更精确地分析非对称光纤和波导结构,描述其中光模场的演化. WSF出射光场实测结果表明,ERA-SCM数值模拟结果与实验结果的误差为1.9%,而FD-BPM的误差为4.5%. ERA-SCM是分析非对称光波导光波传输与模场演变的有效方法. 关键词： 平面光波光路 楔形光纤 等效矩形近似 阶梯串联法     

亚波长锥形波导的电磁场分布及传输特性

利用时谐电磁场和波导理论,推导出锥形卒心金属波导中球横电模和球横磁模各电磁场分量的解析表达式,对输出孔径是哑波长尺寸的锥形空心金属波导内球横电模和球横磁模的传输特性及与锥形空心金属波导内光透射率有关的时间平均能量密度分布进行了详细的分析.运用数值求解获得的精确本征值,进一步讨论了光波波长、锥形波导的长度、输出孔径以及锥角对锥形空心金属波导内时间平均能量密度分布的影响.研究结果表明,时间平均能量密度分布在锥形金属波导内呈现准周期性变化,且周期与传输模式、锥角及光波波长有关.并且,在传输径向坐标上会出现一个最大值,最大值的位置随光波波长、锥角发生强烈的变化.     

太赫兹波在有限电导率金属空芯波导中的传输特性

研究了太赫兹波在具有有限电导率的金属镀层空芯波导中的传输特性.从其传输的特性方程出发,利用Newton-Raphson迭代方法数值模拟了传输损耗和相位常数随太赫兹波频率、波导内径以及波导中金属镀层的电导率的变化关系.结果表明,采用大芯径波导和高电导率的金属镀层能有效降低太赫兹波的传输损耗. 关键词： 太赫兹波 空芯波导 特征方程     

三平行光子晶体单模波导的耦合特性及其应用

将三光子晶体单模波导的相互耦合看成一个多模干涉系统.本征模的色散曲线相交或近于相交并出现简并模，简并模之间存在强烈耦合并导致模式的分布方式发生转变.多模干涉系统中，不同波长的光波能量在传输过程中由于相干而具有不同的空间输出行为，在近简并点处多模之间的相干解除，能流限制在原输入方向，不发生转移.三光子晶体单模光波导的这种特性可用来制作波分复用或解复用器件. 关键词： 光子晶体波导 简并模 多模干涉 波分复用或解复用     

左手介质矩形波导的吸收特性

采用微扰法研究了左手介质矩形波导的吸收特性。由于色散方程的限制,左手介质波导不能传输基模,它的吸收特性也与右手介质矩形波导明显不同。结果发现, 模式的衰减系数随长宽比(a/b)的增加而减小,而在右手介质波导中结果恰恰相反。除此之外,当不同模式的光波在同一左手介质矩形波导中传输时,每一模式都对应着相邻很近的吸收峰和吸收谷。同时高阶模的衰减系数较低阶模的大。但是,当不同模式的光波在同一右手介质矩形波导中传输时,它们的衰减曲线随着波导宽度的增加而振荡的变化,并且趋近于芯层衰减系数。另外一方面,在右手波导中,高阶模式的衰减系数较低阶模式小。     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明：非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式|TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小|非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象|特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

THz波在金属镀层空芯波导中传输的理论和实验研究

本文基于微扰法求得不同金属镀层空心圆波导中各模式的损耗系数,对金属镀层空芯波导中THz波传输损耗随金属材料、波导结构等参数的变化关系进行了数值模拟.根据数值分析结果,优化设计并拉制了内径为1.1 mm的镀银空芯波导,实验测得当THz波的频率为2.5 THz时,传输损耗为8.6 dB/m,实现了THz波短距离的有效传输. 关键词： 太赫兹波 金属空芯波导 传输损耗     

电光聚合物波导中的锥形结构

提出并设计了一种基于电光聚合物的锥形波导,可用于单模光纤与电光聚合物波导器件之间的连接.锥形波导中采用了宽度锥形和折射率锥形结构.宽度锥形采用劈形形状,通过宽度和折射率的缓慢变化实现模场转换.劈形形状的宽度锥形具有较小的损耗且易于制作,折射率锥形可采用灰度掩膜光刻技术制作.研究了锥形波导的传输损耗与锥形波导的长度、波导宽度和厚度、材料吸收损耗等参数的关系及其优化,分析了锥形波导中的功率传输、模场分布与模式转换效率.结果显示锥形波导的传输损耗小于0.37 dB,光纤-波导-光纤的连接损耗优于1.62 dB,对插入损耗的改善达到8.78 dB,模场转换效率达到了83.7%.     

基于亚毫米尺度金属包覆波导的脉冲展宽

利用自由空间耦合技术,用超短脉冲激发亚毫米尺度对称金属包覆波导中的超高阶导模,提出一种脉冲展宽的新方法。由于超高阶导模的强色散性质,经过短距离的传输,即可使脉冲宽度迅速展宽。理论分析表明,1 ps的光脉冲在光波导中传输毫米量级距离后,脉冲展宽因子可达到1000倍。     

磁绝缘线振荡器中高阶模式的3维数值模拟

 为了解高频MILO实验中高阶模频频出现的原因并考察其对MILO器件性能的影响,利用二次开发的3维全电磁粒子模拟程序KARAT对C波段MILO器件进行了模拟研究。在存在非对称激励的情况下由束波互作用可直接导致高阶模的产生,发现了可与实验中高阶模现象比拟的高阶模,并对其中频率为4.01 GHz的模式做出判定,认为此模式是由非对称的电子和场在互作用腔中相互作用产生的高阶TM11模,并经同轴线传输转化得来。对于频率为3.67 GHz和4.53 GHz的另两高阶模目前尚不能判断。     

物质波在原子波导中传输时的波导衔接激发

物质波在原子波导中的传播特性是原子光学的重要研究课题之一.在原子光学集成化的设计中，将会遇到物质波从一段波导向另一段不同波导内的传输问题.由于不同波导的物理参数在衔接处的跳变，原子波的传输特性将在波导衔接处产生改变.研究了原子波在两段波导管衔接处的模式激发以及与此相关的物理现象.根据薛定谔方程，利用波导本征模式展开理论，分析了物质波的反射和激发与波导管特征参数以及物质波入射动量之间的关系，并给出了抑制处于基态模的物质波向高阶模式激发的条件. 关键词： 原子光学 原子波导 激发 模式截止     

高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器

基于模式匹配法分析了高功率过模圆波导到两路矩形波导功分器在传输过程中高阶模式的传输和反射问题,分析得到了高传输效率对过模圆波导的要求,并以此仿真设计了中心频率为2.88GHz的功分器,设计结果表明:在中心频率下反射系数为0.05,对应的圆波导TM01模到矩形波导TE10模传输效率大于99%,真空中功率容量为2.83GW;在2.82~2.94GHz的频带范围内反射系数小于0.1,对应的传输效率大于98%。