一种简化的介电手性二维光子晶体光纤的分析方法与应用

摘要

本文发展了一种简化的二维手性平面波展开法.在相同的光纤结构和尺寸下,与三维手性平面波展开法相比,应用相同的平面波波数这个方法可以节省计算机资源,还可以节省时间将近一个数量级,或者相同的计算机配置可以应用更多的平面波波数已使计算精度更高.为了定量比较简化平面波展开法的精确性,本文展示了该算法在导模有效折射率和偏振方面的模拟能力,结果与三维手性平面波展开法的计算结果吻合很好.rn 光子晶体光纤又叫微结构光纤，由于具有可裁剪的双折射、非线性、色散等传统光纤不具有的特性，在过去的二十多年里人们进行了广泛的理论和实验研究。光子晶体光纤可以分为两类。第一类是折射率导引型，通常由某些周期性或者准周期性点阵围绕的中心缺陷区域组成，像阶跃光纤一样通过类全内反射方式把光限制光纤芯中。第二类是基于带隙效应的光纤，它是由微结构的周期性引起的，在某个波长范围内，光可被限制在某个区域传输，如在低折射率的芯中，该区域可以是空气孔，称之为带隙光纤。rn 运用平面波展开法计算空芯手性光子晶体光纤导模，其结果与三维平面波展开法计算的结果高度一致。简化的平面波展开法可以节省计算时间近一个数量级;占用计算机内存为原来的4/9。可以推断在相同配置的计算机上计算时，由于可以使用更多的平面波波数，因此计算精度会更高。通过比较文献中常规平面波展开法的研究，可以推断这个简化的本征方程不仅可以计算手性光子晶体光纤导模和包层的空间填充模的有效折射率，还可以计算非手性性光子晶体光纤导模和包层的空间填充模的有效折射率。还可以进一步把此方法的本征方程处理成本征频率ko的本征方程应用到手性光子晶体的带隙结构分析中。