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.     

单模手征光纤研究

对圆芯和内外包层都为手征介质构成的双包层手征光纤（W型）进行了解求解,导出了模式场解及模式特征方程,然后用数值计算的方法研究了手征参数对模式的色散曲线和截止频率的影响,结果发现在双包层光纤的纤芯中引入手征或在单包层光纤的包层中引入手征,都可以实现单模工作。     

光子晶体光纤的导波模式与色散特性

利用有效折射率方法基于标量近似理论对光子晶体光纤的传播模式和色散特性进行了数值模 拟，发现通过调节光纤包层的空气填充率或包层空气穴节距及其有效芯径可以在很宽的波长 范围实现单模传播，可以设计零色散波长小于1.27μm的光子晶体光纤和在较宽的波段接近 于零色散的色散平坦光纤，以及具有较大的正常色散值的色散补偿光纤. 关键词： 光子晶体光纤 有效折射率 标量近似 导波模式     

微结构聚合物光纤中高双折射可调效应研究

通过在纤芯附近引入两个直径较大的空气孔诱导纤芯局部双折射,在包层减小x方向的孔间隔诱导包层双折射,设计实现了一种高双折射随波长可调效应的微结构光纤.采用全矢量平面波方法,以聚合物甲基丙烯酸甲酯为基材,对其偏振特性和基模模场进行了研究.结果发现,该光纤基模双折射在光通信波段呈现两个最大值,且最大双折射大小和位置随光纤结构和波长的变化可以进行调节.通过调节光纤结构参数,模拟得到了该光纤具有高双折射和零偏振模色散的最佳设计参数. 关键词： 导波与光纤光学 双折射可调 聚合物 全矢量平面波法     

压缩六角点阵椭圆孔光子晶体光纤的低色散高双折射效应

设计了一种新型结构低色散高双折射光子晶体光纤,该光纤纤芯缺失一根空气柱,包层沿光纤长度方向排布压缩六角点阵椭圆空气孔.采用全矢量平面波法,对其色散和双折射特性进行了数值模拟.研究发现,通过改变光纤结构参数,即改变六角点阵压缩比ξ、相对孔间隔f和空气孔椭圆率η,可以调节该光纤低色散高双折射工作波长.若调整光纤结构参数ξ=048, f=035, η=055, x方向孔间隔Λ_x=12　μm时,该光纤呈现低色散高双折射效应,在1360—167 关键词： 导波与光纤光学 全矢量平面波法 低色散高双折射 六角点阵压缩比     

含左手材料光纤的表面模特性

在弱导条件下,利用Maxwell方程组,对纤芯是左手材料,包层是右手材料的光纤表面模进行了研究,得到了TE (TM)、 EH和 HE表面模的色散方程,.根据色散方程,画出了相应表面模和含左手材料光纤导模的色散曲线.比较这些色散曲线,发现了含左手材料光纤表面模一些新的特性.     

孔助光纤(Hole-assisted lightguide fiber)色散和双折射特性的研究

通过改变包层中空气孔的参数,孔助光纤（hole-assisted lightguide fiber）具有比传统光纤更容易调节的色散和双折射特性.采用有限差分法研究了包层空气孔数目、大小和位置等参数对孔助光纤色散和双折射特性的影响.数值计算结果表明：增加空气孔的数目和尺寸以及减小空气孔到纤芯的距离都能够使得零色散向短波长方向移动,减小空气孔与纤芯的距离有助于获得更大的双折射.     

零折射率手征包层光纤中导模的奇异特性

 对零折射率手征介质（介电常量和磁导率同时等于零的手征介质）作为包层的光纤中模式的奇异特性进行了理论研究.给出了导模的电磁场分布公式,推导出导模色散方程和功率的数学表达式,通过数值计算,给出了不同手征参量情形下的色散曲线,讨论了手征参量对归一化功率的影响,发现了导模的一些奇异特性,如存在表面波模、基模单模区,出现传播常量双值、模式交叉、功率储存现象等,特别是出现了纤芯和包层中的功率都为负值的完全后向波奇异模式.     

混合导引型光子晶体光纤中纤芯折射率相关的导光特性研究

利用全矢量有限元法研究了一种混合导引型光子晶体光纤在纤芯折射率改变时,光纤导光机理和模式的演变特性.当纤芯折射率小于混合包层中空气孔包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"双带隙导引型";当纤芯折射率位于空气孔和高折射率两套包层的有效折射率之间时,芯模的导光机理为"单带隙+全内反射导引型";当纤芯折射率大于高折射率棒包层的有效折射率时,芯模的导光机理为"全内反射导引型".并对该光纤在上述三种条件下的导光特性进行了比较和讨论.这些结果对设计特殊用途的光子晶体光纤具有指导意义. 关键词： 混合导引型光子晶体光纤 带隙 模式     

负折射率介质光纤的导模异常特性分析

对芯层为负折射率介质,敷层为普通介质的光纤的导模进行了研究,并对芯层与敷层介电常数比值（ξ）和磁导率比值（η）变化对导模色散特征的影响进行分析.分析表明负折射率光纤具有许多不同于常规光纤的反常特征,如存在表面波模,存在TM00模和TE00模以及存在多个单模传输模式和单模传输区间等.同时对负折射率介质光纤的单模传输条件进行了分析,发现单模传输模式和传输区间随ξ和η的不同而改变.     

Guided and surface modes in chiral nihility fiber

Guided and surface modes in the chiral nihility fiber consisting of a chiral nihility metamaterial core with an achiral cladding have been investigated. The dispersion equations of guided and surface modes in the chiral nihility fiber and their cutoff frequencies are derived. Dispersion curves of guided and surface modes are presented and the effect of chirality parameter on dispersion curves is discussed in detail. Some novel propagation characteristics are found.     

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。     

左手材料纤芯双包层光纤的传输特性

对纤芯为左手材料,内包层和外包层都为右手材料的双包层光纤进行了分析.在弱导情况下,且不考虑介质损耗,由亥姆霍兹方程出发,得到了HE、EH、TE和TM导模的色散方程,并在远离截止条件下,对其进行简化.所有的TE和TM模都是简并的.分别讨论了内包层折射率和厚度对该左手材料光纤最低阶导模的影响,画出了各自的色散曲线,并和右手材料光纤导模相应色散曲线进行了比较,发现左手材料光纤的低阶导模具有反常的色散特性.     

Investigation on characteristics of W-type fiber with an inner cladding made of negative refractive index materials

A doubly clad optical fiber with an inner cladding made of negative refractive index material was proposed and the modes distribution, dispersion and time delay were investigated by fully vectorial numerical method. The results indicate that HE₁₂ mode can be operated as a single mode, the cut-off frequency of modes shifts to low normalized frequency with increasing thickness of inner cladding made of negative index materials, large negative dispersion and time delay can be obtained and tailored by the inner cladding. These results provide theoretical basis for designing novel fibers or optical devices.     

谱有限元数值分析各向异性复合板中导波色散特性

提出谱有限元方法研究层状各向异性复合板中导波的色散特性和波结构。基于三维弹性动力学方程,用有限元方法离散波导截面,波传播方向的位移用简谐波表示,得到了导波色散的特征方程。分析了单层和双层复合板中导波沿不同方向传播的色散特性和波结构,讨论了双层复合板中层厚比对相速度的影响。数值研究结果表明:导波的对称模态沿纤维方向传播时在较宽的频率范围内保持弱色散状态。双层复合板中导波基本模态的相速度在低频时受层厚比的影响较明显,随着频率的增加趋向于相速度较低的材料。数值模拟结果为导波用于复合材料定量无损检测和性能评价提供理论依据。     

Anomalous dispersion and group velocity properties in subwavelength uniaxial metamaterial waveguide with metal cladding

We investigate propagation behavior of electromagnetic waves in a slab uniaxial metamaterial waveguide with metal cladding and discuss the dispersion relation, group velocity and energy flux distribution of transverse electric guided modes in two kinds of uniaxial metamaterial waveguides with different orientations of optical axis in detail. The numerical results show that there exist anomalous dispersion properties such as backward modes existing in low-frequency range, and the group velocity can be negative or approach zero. If the orientation of optical axis is selected properly, each guided mode has two dispersion curves—one is normal dispersion and another belongs to anomalous dispersion and shows a transition from a backward mode to a forward one with the angular frequency increasing. In addition, the condition of the existence of cutoff frequency is clarified. These properties may have potential applications in optical information storage, optical communication, integrated optics and nanophotonic devices.