索末菲球面波公式的协变形式及其在光纤理论中的应用

说明了球面行波的索末菲公式在坐标转动下不协变.证明了球面波的驻波表示是协变的,因而是一个物理的关系式,故适用于圆柱坐标中各类波动方程的定解问题.作为一个例,应用于光纤光学,导出了受导简正模和辐射模的表达式,以及各模式的强度分布 关键词： 索末菲公式 协变性 光纤光学 波导理论     

Resonance modes in optical fibres

The weakly nonlinear boundary value problem of wave propagation in an optical fibere(for the transverse electric mode,for example)is formulated and a modified linear solution is obained.It is shown that a self-consistent theory of fibre optics should be weakly nonlinear,The mode of critical refraction that does not exist in the linear theory is obtained,showing that it is a mode consisting of resonance modes,It is shown that the signal carriers in a long fibre are of resonance modes,not normal modes,Some experimental data are given for comparison with the theoretical predictions and the agreement seems satisfactory.     

具有二维光子带隙结构的太赫兹谐振腔的谐振特性

采用数值计算方法,模拟了具有二维光子带隙结构的太赫兹频段谐振腔的谐振模式场分布,计算了这种谐振腔的品质因数,详细分析了光子晶体结构、缺陷腔几何参量对谐振特性的影响.计算得到频率落在光子晶体禁带内的单一、高阶谐振模式,且缺陷腔横向尺寸越大,谐振模式的阶数越高.这种谐振腔具有很高的品质因数,腔体的纵向长度对品质因数的影响较大.     

端面光斑对阶跃光纤中轴对称导模功率的影响

由波动方程的积分解导出了光纤中各轴对称传导模式传输功率的解析表达式, 该式包含了入射光对模式功率的影响, 同时也反映了不同阶次模式间的差别. 在此基础上, 以高斯光斑模拟光纤端面的实际光斑, 讨论了聚焦情况对各轴对称模式间功率分配情况的影响. 结果表明, 把工作频率和聚焦情况综合起来加以调整, 可达到压制某些模式而提升另一些模式的目的.     

包层为负折射率介质的抛物型渐变光纤色散特性分析

研究了纤芯为各向同性非均匀材料,而包层为负折射率均匀介质光纤的色散特性.在纤芯满足弱渐变条件的假定下,按矢量场分析法,通过芯层与包层的介电常数比ξ和磁导率比η,讨论了导波模式色散特性对左手介质包层材料的依赖性.分析表明,ξ和 η对轴对称模色散曲线的低频段影响较大,但对非轴对称模影响不大.ξ和 η对导波模式的截止频率没有影响.由于该光纤中的HEm1模的截止频率都等于0,所以不存在理论上的单模区,但仍可近似实现无色散传输.     

单轴晶体包层抛物型渐变光纤中基模功率分析

研究了以单轴晶体为包层，纤芯为各向同性非均匀材料光纤的功率传输特性.在纤芯满足弱渐变条件的假定下，按矢量场法进行了分析.针对基模讨论了包层的轴向与横向的介电常量比τ对光纤截面上功率分布的影响.结果表明,τ对低频情况影响显著，而对高频情况则影响很小.当此种结构的光纤用做单模光纤时，选用τ较大的包层材料有利于提高传输效率.     

光纤中的电磁对偶变换与导波的模式分析

讨论了麦克斯韦方程在各向同性均匀电介质中的电磁对偶变换不变性,定义了电磁混合比,求出了对偶场的充要条件.把上述不变性和充要条件应用于阶跃光纤,分析其导波模式,证明在非轴对称情况下,阶跃光纤中不存在具有色散的受导简正模.存在的解只有临界折射模(n=n₂时的特解).求出了它的分立频谱.受导简正模只存在于轴对称情况中.以上结论与实验事实不矛盾,并由此解释了基模的特性 关键词： 光纤光学 光波导 电磁对偶变换 受导波     

阶跃光纤中轴对称导波模式的功率-频率特性

在光纤端面中心有一点光源的假设下,求出了阶跃光纤中TM模式和TE模式的电场和磁场,进而求得了各模式在纤芯和包层中的传输功率,并分析了各模式功率以及模式间功率比的频率特性.     

光斑的形状因子及其在光纤定解问题中的应用

通过比较面光源与多极子点源两种辐射场,定义了光斑的形状因子,它决定于光斑上的源强分布.给出了形状因子的确定方法,求出了几种常见光斑的形状因子.把形状因子应用于光纤理论,补充了入射端面上的定解条件,完整地设定了定解问题.利用形状因子简单讨论了光纤端面的源强分布对光纤模式特性的影响 关键词： 光纤光学 多极子面光源 形状因子     

弱渐变抛物型光纤传导模式的截止频率与介电比

在弱渐变假定下,研究了抛物型渐变光纤传导模式的截止频率对折射率参量的依赖关系。采用矢量场法,得到了在弱导条件下传导模式的特征方程和截止频率的近似计算公式。引入了介电比γ,它是由光纤三个折射率参量所确定的常数。在弱导近似的条件下,归一化截止频率仅与γ这一个变量有关,任一渐变抛物型光纤的实际截止频率可通过γ而由归一化截止频率简单求得,从而找到了渐变光纤的实际截止频率与归一化截止频率间的联系。给出了归一化截止频率随γ的变化曲线,归一化截止频率随γ的增加而单调上升,但HElm模截止频率的上升规律与其他模式不同。