转移矩阵法在负折射率介质材料平板波导中的应用研究

利用严格电磁理论，推导出了适用于负折射率介质材料光波导的转移矩阵，分析讨论了转移矩阵的性质和应用.利用转移矩阵方法，推导出导波层为负折射率介质材料、覆盖层和衬底为右手材料的三层对称介质光波导的本征色散方程.用图解法研究了负折射率介质波导中TE波的异常色散特性.在负折射材料介质波导中没有零阶模，最低阶为1阶模，并且有截止频率,只有波导参量满足一定条件的时候才会存在，导模的横向波数可以为实数和纯虚数，而正折射率介质波导导模的横向波数只能为实数.     

含左手材料对称三层平板空气波导的模式特性

研究了左手材料作为衬底及覆盖层的对称三层平板空气波导的传输特性.快波和慢波都可以在这种波导中传播.快波不存在基模模式,只有0阶和1阶的TE或TM模才会出现慢波.当左手材料的相对介电常量和相对磁导率相等时,TE、TM模式完全简并,当其相异时简并消除.可以存在同阶模式的双传播模.     

单负介质薄板波导中的表面波模式

 推导了沿单负介质薄板波导传播表面波的特性，根据本征方程运用图解法得到沿介电常数为负的单负介质薄板传播的奇偶对称TM型表面波的色散曲线图和能流分布图。发现表面波在单负介质波导中传播比在双正或双负介质波导中慢，场和能量集中于介质板的上下表面， 一定频率范围内奇偶表面波型能流反向；单片单负介质板能实现功分器和定向耦合器的功能，简化了传统的复杂结构，在发展微波器件的小型化方面有着潜在的应用价值。     

包含左手材料的四层平板波导中的光导模

研究一个芯子层是左手材料,其他三层由传统材料构成的四层平板光波导系统,利用图解法对各种TE偏振的导波模式的解进行详细分析.研究表明,四层左手材料光波导既能支持振荡导模,也能支持表面导模,与三层左手材料光波导相比较,此四层波导的导波模式呈现一些新的特性.对于中间传统材料层存在振荡场的情形:芯子层支持振荡导模的光波导中存在基模,并且高阶振荡导模出现模式缺失的性质;芯子层支持表面导模的光波导可以支持基模和多个高阶模式,并且存在模式兼并的性质.对于中间传统材料层存在衰减场的情形,此四层波导结构可等效为三层左手材料光波导.这些新的光波导传输性质对各种光波导器件的制作有潜在的应用价值.     

通信波段金属包覆波导传播特性研究

采用等效折射率的方法,以金、银、铜作为金属材料,计算了入射波长为1550nm时,2种不同结构金属包覆波导的几何色散关系、场分布特征及损耗情况。采用金属为衬底的非对称包覆结构进行计算,结果表明TE模的特点与全介质波导的情况类似。采用双面金属对称包覆结构进行计算,计算表明TM0模由金属-介质界面处的表面模对称结合而成,其等效折射率不在导模的范围之中,TE模和TM1模等效折射率的范围大于全介质波导的情况,TM1模由金属-介质界面处的表面模反对称结合而成。     

非对称金属包覆左手介质平板波导的微扰分析

基于微扰方法分析非对称金属包覆左手介质平板波导的特性,给出了该波导的复有效折射率的一级近似解,并对波导的传输特性和损耗特性进行了数值模拟.结果表明:非对称金属包覆左手介质平板波导没有零阶模式;TE1模传播系数随波导厚度的增加迅速减小,损耗系数随波导厚度的增加快速增加,达到最大值后又迅速减小;非对称金属包覆左手介质平板波导传输特性相对于左手介质三层平板波导传输特性发生了很大改变,TM1模,TM2和 TE2模式以及更高阶模式在截止厚度附近出现双值现象;特别在二阶及高阶模式中,TE模式相对于TM模式具有高传输低损耗的特性,而以右手介质为芯层的金属包覆波导不具有这一特性.     

含左手材料对称五层平面波导模场特性(英文)

对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的对称五层平面波导进行了探讨.得到了两类TE振荡模的色散方程,且在考虑材料色散的条件下,画出了相关模式的色散曲线.随着模阶数的增加,模色散曲线左移,它们的截止频率变小.其次,发现零阶TE振荡模的存在.除此以外,TE振荡模有三类色散特性:正常色散;反常色散;双模简并.     

含左手材料对称五层平面波导模场特性

对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的对称五层平面波导进行了探讨.得到了两类TE振荡模的色散方程,且在考虑材料色散的条件下,画出了相关模式的色散曲线.随着模阶数的增加,模色散曲线左移,它们的截止频率变小.其次,发现零阶TE振荡模的存在.除此以外,TE振荡模有三类色散特性：正常色散;反常色散;双模简并.     

聚合物脊形光波导TM模色散特性的偏振修正

有机聚合物脊形光波导的色散特性对聚合物光子学器件性能具有重要影响.本文利用标量变分理论计算脊形光波导的有效折射率,其用到的近似光场分布运用变分有效折射率法获得.考虑折射率分布的横向变化,基于导模满足的矢量波动方程,利用微扰法对标量变分理论所得有效折射率进行偏振修正,求得精度更高的色散特性.对聚合物多模脊形光波导基模和高阶模的色散特性进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,分析了单模波导TM、TE基模的偏振色散特性.研究结果表明,运用本征方程分析TM模的色散特性误差大,必须加以修正;而对于TE模,其误差相对较小.     

对称单负介质包层平面波导的模式特征

系统研究了负μ材料(MNG)作为包层的对称三层平板波导的传输特性. 研究发现，这种波导既支持快波的传播，又支持TE₀，TE₁模式的慢波传输. 其模式特性不同于左手介质波导和传统介质波导，导模存在的模折射率范围要比它们的大. MNG波导的TE₀快波模缺失，且TE_m模(m>1)的传播常数大于TM_m模的传播常数. TE_m模具有双模特征，且与波导的结构参数密切相关，导致波导中的净能流出现负值. 关键词： 单负介质 平板波导 快波与慢波 传播常数     

Guided modes in asymmetric metal-cladding left-handed material waveguides

We investigate guided modes in the asymmetric waveguide structure with a left-handed material (LHM) layer surrounded by air and metal. A graphical method is proposed to determine the guided modes. New properties of the oscillating and surface guided modes, such as absence of the fundamental mode, coexistence of the oscillating and surface guided modes, fast attenuation of the surface guided modes, and mode degeneracy, are analyzed in detail. We also investigate dispersive characteristics of the metal-LHM- air optical waveguide. The propagation constant increases with decreasing slab thickness for the first-order oscillating mode, which is different from that in traditional metal-cladding waveguides.     

Guided modes in slab waveguides with a left handed material cover or substrate

We study guided modes propagating along a dielectric slab waveguide with a left handed material (LHM) cover or substrate. The dispersion relation is derived by using normalized waveguide parameters. An analytical method is then proposed to calculate the universal dispersion curves. Different from a slab waveguide with a LHM core, we find that guidance properties are strongly dependent on dielectric permittivity ε and magnetic permeability μ of the substrate and cover layers. For oscillating guided modes, fundamental zero order mode is not always absence, sometimes it exists in a restricted range of normalized propagation constant. First order mode behaves as other higher order modes and exists up to infinite high frequency. Higher order modes have no double degeneracy in the case of LHM cover layer. For surface guided modes, the existence and the type of the mode solutions with respect to different parameters are classified systematically and discussed in detail. Unlike a slab waveguide with a LHM core where the dispersion curve of TE₁ surface mode continues with that of oscillating TE₁ mode, the dispersion curve of TE₁ surface mode continues with that of oscillating TE₀ mode. It seems that the two different kinds of modes compensate each other to form one whole mode. Both TE and TM guided modes are discussed.     

单轴各向异性异向介质平板波导中的导模特性

 推导了介电常数张量和磁导率张量中各分量带有不同符号的单轴各向异性异向介质平板波导的导行条件。根据分量符号的正负组合，分情况讨论了导行TE波的偶模特性，画出了平板波导中为实横波数时的布里渊图。结果表明，在特定条件下此平板波导中有无穷多导模，这与传统介质波导及各向同性异向介质平板中只有有限数量模式存在有很大不同。此外，还发现当分量参数满足一定条件时，出现了多个虚横波数的传输模式解，并且该模式存在高频截止。     

金属包层对称平面单轴晶体波导的模式场(Ⅱ)

对于晶体光轴平行于波导界面的结构,讨论了光在金属包层对称平面单轴晶体波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.解析地得到了这种结构下波导模式场的精确解.模式场的性质因单轴晶体的性质不同而异.对于正单轴晶体,波导的主模是横电波,任何频率的光波均可激励该模式;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则,将激励起高阶模式.高阶模既非TE波,也非TM波,而是两者耦合而成的混合模.对于负单轴晶体,波导的主模是一种混合模,该模式同样可被任何频率的光波所激励;当频率满足一定条件时,波导内传输单模,否则 关键词： 平面金属波导 单轴晶体 模式场 混合模     

Transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) X-ray guided modes in a two-layer crystalline heterostructure: A comparison

Polarization effects upon Bragg-case hard X-ray dynamical diffraction in a two-layer crystalline heterostructure waveguide have been investigated with the help of numerical modeling. A difference is shown to exist in both intensities and excitation conditions between TE (transverse electric) and TM (transverse magnetic) X-ray guided modes that are inherent to the waveguide. A comparison of σ- and π-polarized X-ray reflectivity curves from such a waveguide is performed. Possibilities for the experimental excitation of the TE and TM X-ray guided modes are discussed.     

各向异性色散左手材料平面波导的导模特性(英文)

对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的非对称三层平面波导TE振荡模进行了分析.在考虑左手材料色散和各向异性的情况下,从Maxwell方程组出发,得到了TE振荡模的色散方程和功率流分布,并且画出了相应的色散曲线.我们找到了8个TE振荡模,而且包括基模.随着模阶数的增加,模色散曲线右移,功率流曲线下移.但是,随着波导厚度的增加,色散曲线左移,功率流曲线上移.此外,TE振荡模有反常色散特性和负的群速,这正揭示了左手材料的本质特性.     

各向异性色散左手材料平面波导的导模特性

对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的非对称三层平面波导TE振荡模进行了分析.在考虑左手材料色散和各向异性的情况下,从Maxwell方程组出发,得到了TE振荡模的色散方程和功率流分布,并且画出了相应的色散曲线.我们找到了8个TE振荡模,而且包括基模.随着模阶数的增加,模色散曲线右移,功率流曲线下移.但是,随着波导厚度的增加,色散曲线左移,功率流曲线上移.此外,TE振荡模有反常色散特性和负的群速,这正揭示了左手材料的本质特性.