基于计算机软件的光子晶体光纤电磁场分析

彭 直 兴

(成都理工大学 地球物理学院,成都 610059)

0 引 言

上世纪70年代，Letokhov等率先提出了随机增益、无反馈镜的光学特性，改变了人们对传统光源的理解[1-3]。经过多年的发展，以Cao为代表的学者在研究随机受激辐射领域实现了较大飞跃，提出了弱相干随机辐射现象；Redding等得出了染料分子相干特性，验证了随机激光将会具有广阔的应用前景[4-6]。上述随机激光的发展，为微纳光子学光源的发展提供了一个较为可信的方向[7]。近年来，国家对这一领域的资助也呈现上升趋势，关于光学光源的研究也屡次出现在重大仪器、973、863等大项目中。目前光子晶体光纤(PCF)的研究大都集中在理论建模、工艺设计、性能测试及技术应用推广等方面[8-10]。经典的单模光纤会因为纤芯尺寸的提高而改变为多模光纤，由于PCF的空气孔径和孔间距比小于0.2，因此对于任何波长而言，PCF都是单模的，理论上不存在截止波长，这就是PCF具有的单模无截止传输的独特优势[11-15]。文中建立了典型的金属-介质-金属结构中刻蚀1条周期缝隙的定向耦合器的PCF结构。

1 结构设计与理论分析

1.1 结构设计

设计的PCF结构的定向耦合器结构如图1所示。其是典型的金属-介质-金属结构中刻蚀1条周期缝隙。

图1 耦合器的结构示意图

1.2 传输理论分析

通过Maxwell电磁场的微分关系可以得到光子晶体传播存在以下关系：

(1)

式中:E代表光波的电场强度;ε代表介质介电常数;μ代表介质磁导率;D代表光波的电位移矢量;H代表光波的磁场强度;B代表光波的磁感应强度。……