项目名称: 横电磁模导行光纤中电磁波的传播

项目编号: No.11504190

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 曹雨生

作者单位: 宁夏大学

项目金额: 17万元

中文摘要: 传统波导理论甚少论及介质波导中的横电磁模。这是可以理解的。对于由两种各向同性介质构成的波导,导行横电磁模要求其中一种介质是负折射的。尽管负折射的概念在1968年即由Veselago提出,但负折射材料并不天然存在,直到2000年才首次由人工制造出。近期的理论研究表明,在特定电磁参数条件下,负折射光纤具有横电磁模解,且模场分布具有任意性。模场分布任意的特性不仅在物理上极为有趣,同时有可能在应用上提供一种新颖的空分复用机制。横电磁模导行光纤是已知的唯一具有模场任意性的波导结构。对于这类独特光纤,目前仅进行了模式分析,亟待解决的物理问题包括带有激励源的稳态分析和瞬态分析。本项目将对上述两个问题做解析计算和数值模拟,以期阐明横电磁模导行光纤中电磁波传播的物理图象,并评估这种奇异光纤应用于空分复用的可能性。

中文关键词: 负折射;横电磁模;空分复用;光纤

英文摘要: Traditional waveguide theory seldom discusses the transverse electromagnetic (TEM) modes in dielectric waveguides. This is understandable. For a waveguide composed of two isotropic media, the guidance of TEM modes requires that one of the media is negatively refractive. Although, the concept of negative refraction was already proposed by Veselago in 1968, negatively refractive media are not naturally exist, and was artificially fabricated only until the year of 2000. Recent theoretical studies show that under certain condition of electromagnetic parameters, negatively refractive fibers possess the solution of TEM modes, and the distribution of modal fields can be arbitrary. The property of arbitrariness of modal fields is not only very interesting in physics, but also may provide a novel space-division-multiplexing mechanism in applications. The fiber guiding TEM modes is the only known waveguide structure that possesses the property of arbitrariness of modal fields. For this type of unique optical fibers, up to now, only modal analysis has been performed, and the unsolved physical problems include the steady-state analysis with excitation source and transient analysis. We would investigate the above two problems by analytical calculation and numerical simulation, illustrating the physical picture of the propagation of electromagnetic waves in the fibers guiding TEM modes, and evaluating the possibility of applying such exotic fibers in space-division-multiplexing.

英文关键词: Negative refraction;Transverse electromagnetic modes;Space division multiplexing;Optical fibers

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