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任意截面介质波导导模的叠代矩量法分析

引言 任意截面介质波导传播特性的分析是纤维光学与集成光学的重要基础问题,在光纤与光 波导器件的设计中有广泛应用.笔者曾在文献〔1一3〕中用加权余量法(weigh·edR留滋ual Method,缩写为wRM)导出了用以计算各种条形介质波导、条载型介质波导、扩散 沟道波导的色散关系以及矩形芯双沟道祸合器祸合长度等的数学表达式‘在文献〔4〕中 笔者对wRM作了改进,提出了用以分析这类问题的叠代矩量法(It erated Moment Me出od, 简写为IMM),导出了有关方程与数学表达式,使计算精度提高.IMM的要点是叠代地应 用矩量法(加权余量法),以逐次提高计算精度.IMM与文献〔5〕中提出的“加权折射率 法”(weighted Index论thod缩写为wiM)是等价的.本文将阐述用IMM计算任意截面 介质波导导模的方法,导出数学表达式,并给出若干典型实例.所得到的结果是满意的,这娜就说明,本方法可用于分析包括深偏光纤在内的...  (本文共10页) 阅读全文>>

《光学学报》1989年02期
光学学报

任意截面介质波导导模的叠代矩量法分析

一、引 言 任意截面介质波导传播特性的分析是纤维光学与集成光学的重要基础问题,在光纤与光波导器件的设计中有广泛应用。笔者曾在文献【1〕、【幻、间中用加权余量法(冗b1吵tedResidual Method,缩写为WRgh导出了用以计算各种条形介质波导、条载型介质波导、扩散沟道波导的色散关系以及矩形芯双沟道耦合器耦合长度等的数学表达式。在文献凹中笔者对加权余量法作了改进,提出了用以分析这类问题的叠代矩量法(lterato MomentMethod,简写为IMM),导出了有关方程与数学表达式,使计算精度提高。叠代矩量法的要点是叠代地应用矩量法(加权余量法),以逐次提高计算精度,IMM与文献[5]中提出的‘伽权折射率”(Weighted Index Method,缩写为WIM)是等价的,本文将阐述用 IMM计算任意截面介质波导导模的方法,导出数学表达式。并给出若干典型实例。所得到的结果是满意的,这就说明,本方法可用于分析包括保偏光纤在...  (本文共8页) 阅读全文>>

《微波》1986年04期
微波

介质波导理论及其应用的一些新进展

当前,开放式介质波导在毫米波亚毫米波以至集成和导波光学中受到极大的关注,愈来愈引起微波理论工作者的重视。早在60年代末,介质波导就作为光的传输线被提出来,它的理论已成为集成和导波光学的基础。在毫米波集成电路方面的应用也同样受到重视。其所利用的介质材料介电系效的范围很宽,在制造工艺上也有所突破。近十年米,介质波导及其它器件已从实验研究走向实际应用,使它成为沟通微波与光波之间的桥梁和新频谱资源的开拓者。 由于介质结构中的物理过程及其数学描述比较复杂,目前只有少数几种形式的介质波导有封闭形式的严格解析解。对于某些较复杂的结构,即使采用近似分析或数值分析也会碰到困难。在这一领域中,有许多理论问题和分析方法有待探索,有许多新的物理现象有待逐步揭示,有许多新颖元器件有待研制。本文仅就作者在国外进修期间及最近研究工作中接触到的几个方面作一简要介绍。一、一种新颖的漏波结构 无幅射介质(NRD)波导是近年来提出的一种新型波导。’已与传统的H波导很...  (本文共4页) 阅读全文>>

权威出处: 《微波》1986年04期
《北方交通大学学报》1987年02期
北方交通大学学报

条载型介质波导的加权余量分析

一己1,含 、廿._1二I 条载型介质波导是集成光路中的重要元件,在光集成与半导体激光器中具有广泛的应用。求解条载型介质波导场方程是非常复杂的问题,至今尚未见到其精确解。关于这方面的近似解法已有不少报导,其中有Marcatiti的“等效平板波导”法〔1〕、有效介电系数法(2·3〕、以及Ohtaka〔4〕提出的变分分析方法等。其中,有效介电系数法的精确度稍高于Marcatili法,而变分法的数值结果与有限元结果〔5〕精确度高,且两者符合很好。 加权余量法(Weighted Residual Method,亦译作加权残差法,缩写为WRM)是求解电磁场本征值问题的一种有效方法,但一般常局限于数值计算。在论文即中,我们己讨论了如何将加权余量法应用于矩形载面介质波导及方向祸合器的传输特性分析,并导出了有关计算公式。本文中,我们将介绍如何利用加权余量法来分析条载波导的色散特性与场分布,然后与Marcatili法和有效介电系数等方法进行比较。...  (本文共5页) 阅读全文>>

《北方交通大学学报》1987年01期
北方交通大学学报

平板介质波导弯曲辐射损耗公式的修正

平板介质波导是集成光路最基本的元件之一,在光路设计与制备过程中居于非常重要的地位。波导的弯曲在制备过程中是不可避免的,它直接影响着波导的传输特性及其 性能。其中最主要的问题是产生光波辐 射损耗。L .Lewin〔1〕〔2〕首先分析了图1弯曲介质平板波导平板介质波导的弯曲损耗问题,导出了损耗系数的解析表达式。本文作者发现到Lewin的公式有一处差错。本文将进行较细致的分析,并给出正确的公式。 我们考虑如图1所示的弯曲介质平板波导,曲率半径为R,波导芯区的厚度为b,芯区折射率为n:,外面是折射率为n。的介质(为与Lewin论文的情况一致,在此取粉。二1)由Helmholtz方程刁ZH十k。2矿H二。,在图1所建立的正交曲线坐标系(y,力下,得到磁场分量满足的方程:(,+r,)2旦箕寥+r(1+r。,)~磐终十f(1十r夕),,。“,“一。2下。、 U尹U尹LJ r2(1+ry)2(H戈一2j日rH之)(1)(1+r,),旦黑艺,r(...  (本文共4页) 阅读全文>>

《北方交通大学学报》1987年04期
北方交通大学学报

椭圆介质波导的弯曲损耗

一川告. 、7基厂1 近年来,椭圆介质波导的保偏特性,日益受到重视,并将在相千光通信、光纤传感器和激光谐振腔等领域起重要作用。近年来,国内外关于椭圆介质波导的传播特性,已有不少研究工作。〔’〕一〔8〕从理论上讲,椭圆介质波导的模式传播特性,可以用Mathieu函数进行严格求解〔‘〕〔“〕,但实际求解相当困难和繁锁,而有关弯曲损耗的计算,则尚未见到报导。1984年A.Kumar,R.K.Varshnoy等人【8〕提出用矩形介质波导逼近椭圆波导,进行近似求解的方法,所得结果与有限元法符合较好。在本文中,将把Kumar等人的方法推广应用于弯曲椭圆介质波导,借助我们计算矩形介质波导弯曲损耗的近似方法〔9〕〔1的,导出计算椭圆介质波导弯曲损耗的公式。二、理论分析 弯曲椭圆介质波导如图1所示,椭圆的长轴与短轴分别是2a产,Zb产,曲率半径为R。 用平(x,y,z,t)=冲(x,y)exp〔j(。t一k声)〕表示横向电场分量E、或Ey,则在正...  (本文共7页) 阅读全文>>

《大连理工大学学报》1988年04期
大连理工大学学报

介质波导中的模式及介质不均匀区的模式耦合判别

l 问题的提出 一般情况下在介质波导中的电磁场应按6个场分量求解,但在某些条件下也存在少于6个分量的场。这时在某个力向上可以只存在电场或磁场,分为不同极化方向的模式(波型)。在什么条件下才能独立存在 TE(横电波)、TM(横磁波)或 LSE(纵剖面电波)、LSM(纵剖面磁波)波,在介质不均匀区中,不同类型的模式在什么情况下产生耦合,这两个问题在介质波导分析、不均匀区散射参量的求解中经常遇到。前者在文献〔fi中给出了一种判别方法,后者在文献(2 )中仅就无限大介质板波导的阶梯不连续处的 TE-TM波的耦合作了讨论,但没有给出实质性的证明。本文从麦克斯韦方程入手,将上面两个问题统一处理,给出方使、准确的一股性判别方法。2 理论推导与结论 考虑一线性、无源介质区城,其边界是齐次或无界的,并且在这个区城上可以选一种柱面坐标系(。,V,力,使得区城的边界能同坐标面重合。设区域中磁寻率卢为常数,但介电常数。是不均匀的,一般设。一。(U,U,...  (本文共6页) 阅读全文>>