理想金属材料为包层的布喇格光纤光栅特性研究

论文摘要

本文提出了以理想金属材料（介电常数为负实数）为包层的布喇格光纤光栅模型。首先在负介电常数条件下通过数值解法求解相应的理想金属材料为包层的光纤的基模的特征方程，得到该类光纤中存在的两类不同模式（即常规导模和表面等离子体波）的有效折射率neff与芯层材料折射率nco及包层材料折射率ncl之间的关系；进一步应用耦合模理论研究了该类布喇格光纤光栅中上述两类模式的基模的反射率，并在保持光栅长度L、纤芯半径α、nco和ncl不变时，计算得到光纤光栅在不同的光栅周期Λ时的反射率曲线。研究结果发现理想金属材料为包层的光纤中，芯层材料折射率nco与包层材料折射率ncl的取值及二者之间的大小关系，对两类不同模式的基模的特征方程求解得到的neff有不同的影响作用；理想金属材料为包层的布喇格光纤光栅具有比较理想的滤波特性，且对于常规导模和表面等离子体波而言，反射带宽之外的反射率的变化幅度与光纤光栅的周期Λ有关。本文的研究结果为布喇格光纤光栅在滤波等领域获得新的应用提供了理论依据。

论文目录

• 论文摘要（中文）
• 论文摘要（英文）
• 1 引言
• 2 光纤光栅概述
• 2.1 光纤光栅的概念
• 2.2 光纤光栅的写入
• 2.3 光纤光栅的分类
• 2.4 光纤光栅的应用
• 3 理想金属材料为包层的光纤的模式特征方程
• 3.1 数学模型
• 3.2 理想规则波导的常规导模
• 3.2.1 常规导模的场分量
• 3.2.2 常规导模的特征方程
• 3.3 理想规则波导的表面等离子体波
• 3.3.1 表面等离子体波的概念
• 3.3.2 表面等离子体波的场分量
• 3.3.3 表面等离子体波的特征方程
• 4 耦合模理论
• 4.1 数学模型
• 4.2 麦克斯韦方程的分量形式
• 4.3 理想的规则波导模式
• 4.4 模式耦合振幅方程及振幅系数
• 4.5 耦合系数的计算
• 5 布喇格光纤光栅的特性分析
• 5.1 布喇格光纤光栅的反射率
• 5.2 布喇格光纤光栅的反射波带宽
• 6 计算结果及分析
• 6.1 光纤中基模的有效折射率
• 6.1.1 常规导模的有效折射率
• 6.1.2 表面等离子体波的有效折射率
• 6.2 布喇格光纤光栅中基模的耦合特性
• 6.2.1 常规导模的反射率
• 6.2.2 表面等离子体波的反射率
• 7 结论
• 参考文献