变波长逆WKB法确定单模光波导折射率轮廓

"该文介绍了一种利用变波长逆WKB方法来确定单模渐变平面光波导折射率轮廓的新技术。这种方法将渐变波导模式方程转化为分段积分，通过不同波长下波导模式的转折点作为分段点，利用折线近似来推导出确定波导轮廓数据的递推公式。文中提到，对于波长差异较小的情况，转折点的差异也很小，因此可以进行精确的近似。这种方法特别适合于单模渐变波导，且不需要预先设定轮廓的函数形式。作者通过计算机模拟双曲止割和抛物线轮廓的理想波导，证实了该方法的精度可达到10^-3或更高，且理论上分割越细，精度越高。" 在光学领域，确定光波导的折射率轮廓是设计和分析光通信、光电子设备中的关键步骤。逆WKB（Wentzel-Kramers-Brillouin）方法是一种常用的理论工具，它基于量子力学中的近似方法来解决波动问题。在本研究中，作者提出了一个新的变波长逆WKB方法，它克服了传统方法的一些限制。 传统的逆WKB方法通常需要预先假设折射率轮廓的函数形式，然后通过测量在不同条件下的有效折射率来求解。然而，这种方法在处理单模波导时可能变得复杂。相比之下，新方法通过结合变波长的概念，使得在不同波长下模式的转折点可以作为分段积分的边界，这样就避免了对轮廓函数形式的假设。这不仅简化了计算过程，而且提高了计算精度。 在实际应用中，波导的折射率分布直接影响其传播特性，如模式的数量、传播损耗和色散等。对于单模波导，保持只有一个主导模式是非常重要的，因为它可以减少信号的干扰并提高传输效率。因此，开发出一种无需预设轮廓函数且适用于单模波导的折射率轮廓确定方法，对于光波导的设计和优化具有重大意义。 通过双曲止割和抛物线轮廓的理想波导的计算机模拟，作者验证了新方法的高精度。这种精度对于理解和优化光波导性能至关重要，特别是在微纳光子学和集成光学等领域，其中微小的折射率变化可能会显著影响光波的传播行为。 总结来说，该研究提出了一种创新的变波长逆WKB方法，它为确定单模渐变平面光波导的折射率轮廓提供了一种新的、精确且灵活的手段，对于未来光电子器件的设计和优化具有潜在的应用价值。