發(fā)布時間：2017-12-19 01:24

  本文關(guān)鍵詞：非線性波導(dǎo)的模式特性研究

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【摘要】：全光信號處理在光計算和光通信領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,非線性光波導(dǎo)器件設(shè)計成為一個重要課題。對非線性光波導(dǎo)傳輸特性的研究已開展了多年,針對非線性色散方程的求解也給出了多種解決方法。以往的非線性波導(dǎo)研究的僅是TE模的傳輸特性,本課題將拓展研究領(lǐng)域,針對TM模的傳輸特性也展開分析討論。本課題以最基本的三層平板介質(zhì)波導(dǎo)為研究對象,考慮到介質(zhì)的非線性效應(yīng),以經(jīng)典的Maxwell電磁場理論為基礎(chǔ),結(jié)合電磁場的邊界條件,推導(dǎo)亥姆霍茲方程,著重研究光波在非線性介質(zhì)波導(dǎo)中的傳輸特性。對于非線性亥姆霍茲方程的求解,采用多種方法進行處理,如傳輸矩陣法、精確解法、有限差分法以及漸變包絡(luò)近似(SVEA)等,并比較了各方法的優(yōu)缺點。首先通過傳輸矩陣法研究芯區(qū)介質(zhì)為非線性Kerr介質(zhì)的對稱的三層平板波導(dǎo)的導(dǎo)模特性,采用子層分割的方法,將非線性Kerr介質(zhì)層劃分為多個子層,每個子層可視為均勻的線性介質(zhì),然后利用傳輸矩陣?yán)碚?結(jié)合邊界條件,推導(dǎo)導(dǎo)波模的模式本征方程,來研究各種模式(TE模、TM模)的模式特性,分析其電磁場分布。利用精確求解法研究波導(dǎo)的TE模的傳輸特性。針對TE模所滿足的非線性亥姆霍茲方程,首先研究積分常數(shù)對非線性方程解的影響,接著又研究了芯區(qū)Kerr介質(zhì)層兩側(cè)邊界處的場強關(guān)系,最后推出非線性波導(dǎo)TE模的模式本征方程。通過自編Legendre橢圓函數(shù)進行TE模的模式特性研究,分析各模式的電磁場分布。將微分方程改寫為差分方程,利用數(shù)值迭代的方法來處理非線性亥姆霍茲方程,同時基于SVEA研究了非線性薄膜波導(dǎo)的TE模傳輸特性,得到了較為簡潔的模式本征方程和導(dǎo)波的電磁場分布規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):對于芯區(qū)為自聚焦Kerr型介質(zhì),隨著光功率強度的增大,波導(dǎo)中導(dǎo)波的有效折射率增大,芯區(qū)中的場分布曲線逐漸變陡變窄,傳輸功率比也增大,非線性介質(zhì)的自聚焦效應(yīng)愈加明顯。
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN252

【參考文獻】

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本文編號：1306374