负折射率包层渐变折射率芯层光纤的波导色散研究

摘要

负折射率介质材料作为一种新型的人工电磁材料，近年来引起了人们极大的研究兴趣。它的反常电磁特性展现了它在光与电磁波领域潜在的重要应用价值，它有可能在新型波导和光纤中得到应用。本文从光纤传输的基本理论出发，以纤芯为各向同性非均匀材料，而包层为负折射率均匀介质的光纤为研究对象，在弱渐变条件的假定下，采用矢量法严格求解了有限芯径抛物型弱渐变光纤的边值问题，导出了该光纤各传导模式形式简洁而且精确度高的特征方程和截止频率表达式。通过芯层与包层的介电常数比(ξ)和磁导率比(η)讨论了导波模式色散特性对左手介质包层材料的依赖情况以及导波截止频率的情况。绘制了截止频率曲线和各传导模式的色散曲线，发现此种结构的光纤可以降低色散。 本文的创新之处在于：1.将负折射率材料这种新型的电磁材料与常规材料构成新型的光纤，并对该光纤进行了理论分析，在弱渐变条件下得到了较高精度的解析解。2.引入了光纤芯层与包层介电常数比值ξ和磁导率比值η，并对此比值对导模色散特性的影响进行了讨论。3.绘出了截止频率曲线，指出了HE<,ml>模无截止频率。4.将负折射率材料光纤和常规材料光纤的色散特性作了对比。

目录

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摘要

第一章概述

1.1光纤通信的发展与现状

1.2渐变折射率光纤

1.3负折射率介质

第二章光纤基本理论

2.1电磁场基本方程

2.1.1麦克斯韦方程组

2.1.2亥姆霍兹方程

2.1.3基本波动方程式

2.2阶跃光纤的传输理论

2.2.1圆柱坐标系中的波导方程式

2.2.2阶跃光纤的严格解法—矢量场解

第三章负折射率介质材料

3.1负折射率概述

3.2负折射率的研究与进展

3.2.1负折射率的提出与研究

3.2.2我国关于负折射率的研究

3.2.3负折射率材料研究的最新进展

3.3负折射率介质应用前景

第四章负折射率介质包层的抛物型渐变光纤的色散特性分析

4.1弱渐变条件下纤芯中的场

4.2负折射率包层中的场

4.3特征方程与截止频率

4.3.1特征方程

4.3.2截止频率

4.4色散曲线

4.4.1. TE模和TM模的色散曲线

4.4.2.HE1n模和EH1n模的色散曲线

4.4.3.HEmn和EHmn模的色散曲线

4.5结论

第五章负折射率材料光纤与常规材料光纤的对比

5.1 TE模和TM模的色散特性

5.2 HE1n模的色散特性

5.3结论

结束语

参考文献

致谢

攻读硕士研究生期间发表的论文