手性的階躍剖面及布拉格光纖模式分析.pdf

1、光纖通信技術(shù)在過去的幾十年中一直保持著高速發(fā)展，支撐著信息化程度越來越高的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)。為了保持目前的發(fā)展勢(shì)頭，在光纖通信的物理層面上，我們需要不斷地開發(fā)新型的光信號(hào)傳送媒質(zhì)和光信息處理器件。光纖是光纖通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)組件，對(duì)其進(jìn)行的革新將具有根本性的意義。新型光纖的開發(fā)可以從兩個(gè)角度開展：改變光纖的幾何結(jié)構(gòu)；使用新型介質(zhì)作為光纖的填充材料。對(duì)于前者，已經(jīng)發(fā)展得較為成熟的光子晶體光纖技術(shù)是其代表；對(duì)于后者，如考慮用手性介質(zhì)或負(fù)折射介質(zhì)作為光

2、纖的填充材料，研究依然處于基礎(chǔ)階段。本論文以填充手性介質(zhì)的有限層光纖為研究對(duì)象，利用模式分析主要研究其中最特殊的兩類：手性階躍剖面光纖一最簡(jiǎn)單的手性光纖；手性布拉格光纖一最簡(jiǎn)單的手性光子晶體光纖。
　　本論文首先研究了手性有限層光纖的一般模式特性。考慮較為一般的介質(zhì)電磁參數(shù)（手性參數(shù)任意；介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的實(shí)部同號(hào)，實(shí)部的絕對(duì)值大于虛部的絕對(duì)值)，發(fā)展了手性有限層光纖的模式理論，然后基于模式理論的鏡像對(duì)稱性闡述了手性有限層光纖中模

3、式分裂的物理內(nèi)涵：無論在非手性有限層光纖的哪一層中引入手性（結(jié)構(gòu)的鏡像對(duì)稱性破缺)，均會(huì)引起那些原本二度簡(jiǎn)并且互為鏡像的模式發(fā)生分裂（結(jié)構(gòu)所支持的態(tài)的鏡像對(duì)稱性破缺)。
　　針對(duì)手性非負(fù)折射的階躍剖面光纖，導(dǎo)出了導(dǎo)模的截止條件，研究了光纖中的模式分裂問題，發(fā)現(xiàn)了阻抗匹配條件下模式分裂的嚴(yán)格路徑，研究了阻抗失配條件下芯層和包層中的手性對(duì)模式分裂不同的貢獻(xiàn)方式。另外，指出了包層具有手性的阻抗失配階躍剖面光纖的單偏振模導(dǎo)行特性。

4、　　針對(duì)手性負(fù)折射的階躍剖面光纖，研究了橫電磁模導(dǎo)行的問題，導(dǎo)出了橫電磁模的導(dǎo)行條件，指出了光纖中橫電磁模所具有的反直覺的性質(zhì)一模場(chǎng)任意性一模式的電磁場(chǎng)分布由任意的解析復(fù)變函數(shù)描述?；跈M電模獨(dú)特的模場(chǎng)空間分布性質(zhì)，從概念上提出了一種新型的空分復(fù)用。
　　一維光子晶體光纖的光場(chǎng)約束特性可以從一維光子晶體的能帶理論獲得很好的理解。作為研究手性布拉格光纖的前提，本文整理了非手性一維光子晶體的能帶理論，發(fā)展了手性一維光子晶體的能帶理論。

5、給出了非手性介質(zhì)界面上必然存在布儒斯特角的嚴(yán)格證明，從而解釋了為什么在非手性一維光子晶體中實(shí)現(xiàn)三維完全帶隙，原胞包含的介質(zhì)層數(shù)目至少為3。對(duì)于手性一維光子晶體，發(fā)現(xiàn)若巧妙地設(shè)計(jì)晶格結(jié)構(gòu)，在原胞包含的介質(zhì)層數(shù)目為2的情況下即可以實(shí)現(xiàn)三維完全帶隙。
　　研究了僅芯層具有手性的布拉格光纖和具有完全帶隙手性包層的空芯布拉格光纖的模式特性。對(duì)于前者，指出了光纖支持圓偏振模的條件，并發(fā)現(xiàn)若在％運(yùn)轉(zhuǎn)的非手性布拉格光纖的芯層中引入微弱手性，則可以