光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)

1、光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)光頻率介質(zhì)纖維表面波導(dǎo)高錕高錕(G.A.G.A.Hockham)Hockham)關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：光學(xué)纖維，波導(dǎo)摘要摘要：折射率高于周圍區(qū)域的介質(zhì)纖維是作為在光頻段引導(dǎo)傳輸?shù)目赡艿慕橘|(zhì)的一種介電波導(dǎo)形式。文章中討論的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式是圓的橫截面。用作通信目的的光波導(dǎo)傳播模式的選擇通常主要考慮損耗特性和信息容量。文章中討論了介電損耗，彎曲損耗和輻射損耗并且討論了與信息容量相關(guān)的模式穩(wěn)定，色散和功率控制，同時(shí)也討論了物理

2、實(shí)現(xiàn)方面，也包含了對(duì)對(duì)光學(xué)和微波波長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)研究。主要符號(hào)列表：n階的第一類貝塞爾函數(shù)nJ?2修正的第二類n階的變型貝塞爾函數(shù)nK??，波導(dǎo)的相位系數(shù)??g2??的一階導(dǎo)數(shù)nJ??nJ的一階導(dǎo)數(shù)nK??nK衰減系數(shù)或輻射波數(shù)ih?相對(duì)介電常數(shù)i??自由空間傳播系數(shù)0k?光纖半徑a?縱向傳播系數(shù)??波耳茲曼常數(shù)k?絕對(duì)溫度，T?K等溫可壓縮性c??波長(zhǎng)??折射率n?第階Hankel函數(shù)的第階導(dǎo)數(shù))(Hi???i220222??kh??，12

3、ahuii?i?其中下標(biāo)1和2分別指纖芯和外圍部分。除了最低階HE11混合模外，所有模都存在截止頻率。HE11?？烧J(rèn)為存在兩個(gè)正交偏振模，且隨著結(jié)構(gòu)尺寸的減小，光纖外部傳輸?shù)哪芰堪俜直葧?huì)相應(yīng)增大。因此，當(dāng)在HE11模中實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)時(shí)，有可能通過(guò)充分減小光纖直徑來(lái)實(shí)現(xiàn)單模傳輸，在這種條件下，相當(dāng)大一部分能量在光纖外部傳播。如果外部介質(zhì)比內(nèi)部的電介質(zhì)媒介損耗更低就會(huì)減少波導(dǎo)的衰減。正因?yàn)橛羞@些特性，HE11模式引起了特別的關(guān)注。傳輸HE11模介

4、質(zhì)纖維可用于光頻段，其物理和電磁方面的特性會(huì)在下面詳細(xì)說(shuō)明，繼而得到用于長(zhǎng)距離通信波導(dǎo)的可行性和預(yù)期性能的相關(guān)結(jié)論。3材料方面材料方面介質(zhì)纖維波導(dǎo)的損耗主要由構(gòu)成光纖和周圍介質(zhì)的材料的損耗確定的，而光纖內(nèi)外傳輸能量的比例和兩種介質(zhì)的相對(duì)損耗決定了其對(duì)全部損耗的相對(duì)貢獻(xiàn)。總之，人們希望在兩種介質(zhì)中都有較低的損耗，以便得到令人滿意的低衰減的光波導(dǎo)。3.1物質(zhì)損耗特性物質(zhì)損耗特性電介質(zhì)中大部分的損耗都是由吸收和散射現(xiàn)象導(dǎo)致的，包含的特殊機(jī)制因

5、每種材料而不同且取決于傳播波長(zhǎng)。我們證實(shí)了波長(zhǎng)在0.1~100um之間的物質(zhì)損耗特性，該波長(zhǎng)范圍內(nèi)介質(zhì)纖維波導(dǎo)的物理尺寸和信息容量都易于得到。3.1.1散射散射：產(chǎn)生散射的原因有以下幾點(diǎn)（a）材料結(jié)構(gòu)無(wú)序性（b）結(jié)構(gòu)缺陷（c）微粒雜質(zhì)（d）無(wú)規(guī)則波動(dòng)。對(duì)于晶體材料，前兩個(gè)原因占主要部分。多晶材料和部分非晶態(tài)部分晶態(tài)的材料結(jié)構(gòu)無(wú)序，這導(dǎo)致了很高的散射損耗。單晶材料是有序的但可能會(huì)有結(jié)構(gòu)缺陷；如果缺陷不明顯且與波長(zhǎng)相比體積很小的話，散射損耗