左手材料介质平板波导的表面模

引入归一化频率、归一化传播常数和非对称量等参数,研究了衬底是左手材料的介质平板波导中的表面模,得到用归一化参数表示的色散关系.用解析法计算了色散曲线,结果表明,材料参数对左手材料平板波导色散特性的影响很大.有的情况下只有TE1表面模存在,而有的情况下TE0表面模和TE1表面模都存在.有时TE1表面模与零阶振荡模圆滑连接,形成一个完整的曲线,有时会出现双重简并现象.分别讨论了TE表面模和TM表面模.     

含单负材料对称三层平板波导的模式特性

由电磁场的波动方程和边界条件建立了单负材料作为芯层的对称三层平板波导的模式本征方程,用图解法研究其色散特性。研究发现,单负介质波导不支持快波的传播,只支持表面波的传播。在负磁材料平板波导中只存在TE表面模,不存在TM表面模。分析了在负磁材料平板波导中TE模受磁导率的比值-μ2／μ1和波导参数的影响,给出了横向场分布图。在-μ2/μ1〈1时,偶对称只有TE0表面模存在,奇对称只有TE1表面模存在,高阶模式并不存在,且两种模式都没有低频截止;-μ2/μ1〉1时,TE1表面模始终不出现;TE0模的存在与否和波导参数有关,在一定条件下TE0模可出现双模并存。给出的结果可望对表面波器件的设计提供理论基础。     

左手材料平板波导的传输特性

研究了无色散左手材料(LHM)作为芯层的对称三层平板波导中TE波的传输特性.研究表明,导波和表面波都可以在这种波导中传播.导波不存在TE0模式,只有TE0,TE1模式才会出现表面波.此外还发现在特定结构参数的波导中,可以存在同一阶模式的双传播模.详细分析了结构参数对这些特性的影响.     

具有特效导波模式的左手材料波导设计

通过转移矩阵方法理论,研究含左手材料平板波导导波模式与表面波的特性,结果表明:在TE极化情况下,当包裹层为金属-芯层为左手材料的三层平板波导满足波导导行条件时,导波层能承载新功能的导波模式,即不存在TE0模;在特殊条件下存在TE1模,而且这导波模式与电磁波频率、材料的介电常数和磁导率密切相关;当不满足波导导行条件时,三层平板波导的三个区域出现不同指数规律衰减的表面波,当导波系数与导波层厚度的乘积为2.1π时,不同模式的表面波将趋向一致.模系数m的奇偶性对导波模式和表面波的能流分布有着显著的影响.利用包裹层为金属-芯层为左手材料三层平板波导的导波模式、表面波和能流分布的奇异特性,可以实现特效导波模式的波导器件,为波导实际设计和应用提供了理论参考.     

对称单负材料平面波导的波导模

基于经典电磁理论建立了芯层为单负材料的对称三层平板波导的导波方程,采用图解法研究了该波导中的TE和TM波导模,分析了TE波导模和TM波导模会受波导参数μ1/μ2和R的影响,给出TE模和TM模解的横向场分布图.结果显示,在单负材料的对称三层平板波导中只存在慢波导模,TE慢波模只能在磁负材料中传播,TM慢波模只能在电负材料...     

非对称含左手材料平面波导的传输特性

由Maxwell方程组讨论三层非对称含左手材料平面波导,推导了衬底和覆盖层为左手材料而薄膜为右手材料的平面波导TE模的色散关系;通过求单位宽度TE模所承载的功率,得到了含左手材料平面波导的等效厚度;引入右手材料平面波导的相关方程、曲线并和含左手材料平面波导的方程进行对比分析,发现了非对称3层含左手材料平面波导的一些奇异特性。     

非线性平板波导中均匀芯区场的归一化形式

通过理论分析及典型实例计算，分析了包层及衬底均为非线性Kerr型介质、芯区为线性均匀介质的对称3层平板波导的TE0模出现均匀场分布的条件及其归一化形式。给出了自聚焦和自散焦情况下对称3层平板波导TE0模的归一化场分布曲线以及功率随归一化模折射率变化曲线。     

含左手材料和单负材料三层平板波导中TE模的传输特性

研究了以左手材料为衬底和单负材料为覆盖层三层平板波导中TE模的传输特性,为波导器件的设计提供理论支持。首先导出了归一化有效厚度H与归一化频率ν的关系,然后数值计算分析了三层平板波导的传输特性。结果表明,该三层平板波导TE模具有以下特性：1）当导波层与衬底或覆盖层磁导率的比值的增大时,归一化有效折射率b随频率ν的变化率减小。2）当不对称因子a趋近于0时,b随ν单调变化;当a较大时,在截止频率附近,TE₁、TE₂、TE₃、TE₄和TE₅模出现双值现象。3）当a增大时,H-ν曲线从左向右移动。4）对于TE₀模,H出现负值。     

各向异性左手材料平面波导TE模的传输特性

对芯层为左手材料而覆盖层和衬底均为不同普通材料的三层平面波导进行了探讨。考虑损耗、色散和各向异性的左手材料,利用TE模的色散方程,结合模阶数、波导厚度以及电磁衰减系数的变化,画出了相关的色散曲线和损耗曲线。根据这些曲线,发现对于TE2模,在频率为4.03GHz附近,波导厚度为5mm,它有非常大的有效折射率(接近80);当频率从4.0GHz增加到6.0GHz,色散曲线的斜率为正、零和负。正斜率为正常色散,负斜率为反常色散,零斜率则群速为零。对于高阶TE模,当频率为4.03GHz时,它的损耗是最大的;当频率超过5.0GHz后,波导厚度以及电磁衰减常数的变化对TE模的损耗特性影响不大,这些新特性为制备小型化的波导器件提供了理论基础。     

含左手材料的四层平面波导TM模的传输特性

在考虑材料色散的条件下,对含左手材料的四层平面波导的TM振荡模进行了分析。首先利用Maxwell方程组得到了两类TM振荡模的色散方程。基于左手材料实验模型,画出了相关的色散曲线。通过对这些色散曲线的分析,得到了该波导中TM振荡模的色散特性。此外,还计算了该波导中TM振荡模的归一化功率流,发现第一类TM基模的群速和它的归一化功率流方向相反;第一类TM振荡模的归一化功率流恒大于零;而第二类TM振荡模的归一化功率流可以大于零、小于零或等于零。正的归一化功率流则说明能量向前传输;负的归一化功率流则说明能量向后传输;而归一化功率流等于零则说明能量被储存在平面波导中,这为设计新型光开关、光传感器件提供了理论基础。