Bragg光纖模式特性的理論研究.pdf

1、Bragg光纖是1978年由Yeh等人提出的一種特殊結(jié)構(gòu)的光纖，其包層由沿徑向周期分布的介質(zhì)層組成。隨著光子晶體的提出和廣泛研究，Bragg光纖這種一維的光子晶體光纖，由于具備諸多獨特的傳輸特性，再度引起人們的關(guān)注。目前，對傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其各種衍生結(jié)構(gòu)的Bragg光纖的研究日漸深入，已經(jīng)成為導(dǎo)波光電子器件的研究熱點之一。 Bragg光纖模式特性的討論是研究電磁波在Bragg光纖中傳輸?shù)幕A(chǔ)，也是采用模式分析的方法研究電磁波在基于Br

2、agg光纖的器件中傳輸?shù)谋匾疤?。鑒于此，本文對Bragg光纖的模式特性進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要內(nèi)容包括： 1．采用全矢量頻域有限差分法，求解了空氣纖芯Bragg光纖中的模式，著重分析了其中準(zhǔn)導(dǎo)模(漏模)的色散和泄漏損耗特性。根據(jù)TE<,01>模和HE<,11>模的色散曲線在包層周期結(jié)構(gòu)對應(yīng)的光子帶隙圖中的分布情況，討論了這兩種模式泄漏損耗的變化趨勢。分析還發(fā)現(xiàn)，HE<,11>模的截止引起了泄漏損耗的急劇上升。由此表明，Bragg

3、光纖中，模式泄漏損耗的增加至少可以歸結(jié)于兩種不同的損耗機制：模式失去光子帶隙的約束和模式截止。此外，我們還發(fā)現(xiàn)高階模的截止條件類似于金屬波導(dǎo)；這是Bragg光纖與金屬波導(dǎo)具有一定相似性的又一例證。 2．分析了無限包層和有限包層情況下Bragg光纖中的模式特性。首先，由光子帶隙圖分析得到場在纖芯和包層的分布。根據(jù)場在纖芯和包層中振蕩或衰減的情況，無限包層Bragg光纖中的模式可以分為導(dǎo)模、輻射模、表面模、消失模。接著，采用全矢量頻

4、域有限差分法分析有限包層Bragg光纖中的模式，利用外加理想導(dǎo)體的完全匹配層(PML)作為數(shù)值邊界條件，Bragg光纖中的模式可以分為準(zhǔn)導(dǎo)模、漏模和PML模。其中漏模又可以進(jìn)一步分為類輻射漏模、類表面漏模和類消失漏模。研究使我們對Bragg光纖中模式譜特性有了透徹的認(rèn)識，這將成為我們采用耦合模理論和模匹配技術(shù)等基于模式分析的方法分析Bragg光纖器件的基礎(chǔ)。本論文對于Bragg光纖模式的全矢量求解、準(zhǔn)導(dǎo)模特性的系統(tǒng)分析，以及模式譜特性的