《光頻率介質(zhì)纖維表面波導》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、WORD格式.可編輯光頻率介質(zhì)纖維表面波導高錕(G.A.Hockham)關(guān)鍵詞：光學纖維，波導摘要：折射率高于周圍區(qū)域的介質(zhì)纖維是作為在光頻段引導傳輸?shù)目赡艿慕橘|(zhì)的一種介電波導形式。文章中討論的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式是圓的橫截面。用作通信目的的光波導傳播模式的選擇通常主要考慮損耗特性和信息容量。文章中討論了介電損耗，彎曲損耗和輻射損耗并且討論了與信息容量相關(guān)的模式穩(wěn)定，色散和功率控制，同時也討論了物理實現(xiàn)方面，也包含了對對光學和微波波長的實驗研究。主要符號列表：n階的第一類貝塞爾函數(shù)2修正的第二類n階的變型貝塞爾函數(shù)，波導的相位系數(shù)的一階導數(shù)的一階導數(shù)衰

2、減系數(shù)或輻射波數(shù)相對介電常數(shù)自由空間傳播系數(shù)光纖半徑縱向傳播系數(shù)波耳茲曼常數(shù)絕對溫度，等溫可壓縮性波長折射率第階Hankel函數(shù)的第階導數(shù)專業(yè)知識.整理分享WORD格式.可編輯的導數(shù)方位角傳播系數(shù)調(diào)制周期下標是整數(shù)，下標是0的第個根。1.簡介折射率高于周圍區(qū)域的介質(zhì)纖維是一種介電波導，它代表了光頻段中能量有向傳輸?shù)囊环N媒介。這種結(jié)構(gòu)形式引導電磁波沿著不同折射率區(qū)域的特定邊界傳播，相關(guān)電磁場部分在光纖內(nèi)部分在光纖外。外部電磁場在垂直于傳播方向上是逐漸消失的，以且在無窮遠處以近似指數(shù)的形式衰減到零。這種結(jié)構(gòu)經(jīng)常被稱為開放波導，以表面波模式傳播。下面要討論

3、的是具有圓形截面的特種介質(zhì)纖維波導。2．介質(zhì)纖維波導具有圓形截面的介質(zhì)纖維能夠傳輸所有的H0m模、E0m模和HEnm混合模。通過解臨界狀態(tài)的麥克斯韋方程組可以得到特征方程如下（臨界狀態(tài)由物質(zhì)結(jié)構(gòu)確定）：對于HEnm模(1)對于E0m模（2）對于H0m模（3）輔助方程定義了u1和u2之間的關(guān)系，如下，1and2專業(yè)知識.整理分享WORD格式.可編輯其中下標1和2分別指纖芯和外圍部分。除了最低階HE11混合模外，所有模都存在截止頻率。HE11?？烧J為存在兩個正交偏振模，且隨著結(jié)構(gòu)尺寸的減小，光纖外部傳輸?shù)哪芰堪俜直葧鄳龃?。因此，當在HE11模中實現(xiàn)波

4、導時，有可能通過充分減小光纖直徑來實現(xiàn)單模傳輸，在這種條件下，相當大一部分能量在光纖外部傳播。如果外部介質(zhì)比內(nèi)部的電介質(zhì)媒介損耗更低就會減少波導的衰減。正因為有這些特性，HE11模式引起了特別的關(guān)注。傳輸HE11模介質(zhì)纖維可用于光頻段，其物理和電磁方面的特性會在下面詳細說明，繼而得到用于長距離通信波導的可行性和預期性能的相關(guān)結(jié)論。3．材料方面介質(zhì)纖維波導的損耗主要由構(gòu)成光纖和周圍介質(zhì)的材料的損耗確定的，而光纖內(nèi)外傳輸能量的比例和兩種介質(zhì)的相對損耗決定了其對全部損耗的相對貢獻?？傊?，人們希望在兩種介質(zhì)中都有較低的損耗，以便得到令人滿意的低衰減的光波導。

5、3.1物質(zhì)損耗特性電介質(zhì)中大部分的損耗都是由吸收和散射現(xiàn)象導致的，包含的特殊機制因每種材料而不同且取決于傳播波長。我們證實了波長在0.1~100um之間的物質(zhì)損耗特性，該波長范圍內(nèi)介質(zhì)纖維波導的物理尺寸和信息容量都易于得到。3.1.1散射：產(chǎn)生散射的原因有以下幾點（a）材料結(jié)構(gòu)無序性（b）結(jié)構(gòu)缺陷（c）微粒雜質(zhì)（d）無規(guī)則波動。對于晶體材料，前兩個原因占主要部分。多晶材料和部分非晶態(tài)部分晶態(tài)的材料結(jié)構(gòu)無序，這導致了很高的散射損耗。單晶材料是有序的但可能會有結(jié)構(gòu)缺陷；如果缺陷不明顯且與波長相比體積很小的話，散射損耗可能不會很大。然而，通常很難得到較長尺

6、寸的這種材料。對于非晶態(tài)材料，比如有機聚合物和無機玻璃，（c）和（d）因素就更主要了。有機聚合物經(jīng)常含有直徑遠遠大于1um的化學微塵，這是由制造環(huán)境的無法控制導致的。這種不好的性質(zhì)可通過無塵環(huán)境和制備過程中再蒸餾單體和催化劑來消除。對于無機玻璃來說，相關(guān)溫度足夠高可以使得大部分雜質(zhì)顆粒發(fā)生化學分解，導致這些微粒成為雜質(zhì)中心。玻璃態(tài)是液體過冷的結(jié)果，從而使玻璃態(tài)固體保持著液態(tài)的部分基本性質(zhì)，因此會出現(xiàn)材料密度的局部波動，由此引起的散射可表述如【2】：專業(yè)知識.整理分享WORD格式.可編輯對于虛擬溫度為1000℃的無機玻璃，散射損耗大約為1dB/km。虛

7、擬溫度是玻璃粘度增大到玻璃可看作固態(tài)時的溫度值。對玻璃態(tài)材料來說晶粒形成是一種結(jié)構(gòu)缺陷，玻璃態(tài)材料中的晶粒大小可通過冷卻速率控制。光纖的冷卻速率很大，這就使得晶粒既少又小。快速冷卻玻璃的結(jié)晶引起的散射遵循瑞利散射定律，即損耗正比與λ-4。據(jù)估計波長1um處損耗大約是每公里幾個分貝。3.1.2吸收：由于分子的緊密堆積，固體中通常有很寬的吸收帶，它們是由分子和電子系統(tǒng)的自然振動頻率產(chǎn)生的。在這些頻率附近，外部電磁場的能量耦合到分子和電子系統(tǒng)的振動中。在波長1-100μm范圍內(nèi)，許多縱向和旋轉(zhuǎn)分子的共振幾乎存在于所有的物質(zhì)中，尤其是長鏈聚合物。較強的吸收遍

8、布大部分范圍。在0.1—0.3μm范圍內(nèi)存在電子共振吸收帶寬，中間區(qū)域（例如0.3-1μm）共振吸收現(xiàn)象相對