含单负材料的不对称平板波导的传导模

利用图解法系统地研究了由不同类型的单负材料作为包层的三层平板波导的模式特征.研究表明单负介质波导具有一系列奇异的特性,与传统介质波导或左手介质波导相比,此波导的芯区横向振荡导模的模折射率范围较大.除0阶导模外,其它TE,TM导模均为芯区横向振荡模,且同阶的TE、TM模的色散曲线几乎重合,只有0阶的TE,TM模才可以支持表面波的传播.单负介质的结构参数对0阶导模的影响较大.一定条件下,波导中可以出现0阶导模的完伞缺失或仅支持表面波的传输,还会出现超慢波现象,甚至可以共生都是后向波的0阶双模.     

棱镜耦合法测量聚合物薄膜波导的参数

通过棱镜耦合方法测量了聚合物薄膜构成的三层平板介质波导不同阶导模下的有效折射率,通过计算机编程解光波导的色散方程,得出了介质薄膜的折射率和厚度.     

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     

渐变折射率平板波导的逆分析转移矩阵方法

利用分析转移矩阵方法，可精确计算任意折射率分布光波导模式的有效折射率。在此基础上，推出了逆分析转移矩阵方法，根据实验测量的导模有效折射率来拟合光波导的折射率分布，取得了比逆WKB方法更为合理的结果。     

介质波导并矢格林函数的本征模展开式

本文对于任意形状阶梯折射率光波导和任意缓变折射率光波导,利用算符理论方法,推导出介质波导的并矢格林函数本征模展开式的通用表达式。得到的电型并矢格林函数表达式由包括九个并矢分量的本征模展开式和一个奇异项组成。根据这个表达式,只要给定介质波导的本征模,就可以得到该波导的并矢格林函数。     

艾里光束通过负折射率介质的传输特性

为了研究艾里光束(Airy beams)通过负折射率介质中的传输特性,利用ABCD矩阵光学理论推导出了Airy光束通过负折射率介质的传输解析表达式.利用该解析表达式得到了Airy光束通过负折射率介质的传输特性.计算结果表明,Airy光束通过负折射率介质后的自加速和光强都可以通过负折射率介质的工作频率调控.Airy光束通过负折射率介质的横向偏转系数随传输距离z的增大而加速偏转;同时当传输距离z相同而负折射率介质的工作频率不同时,偏转系数也不相同.Airy光束的强度和偏转度都可以通过负折射率介质的工作频率调控.结果显示可以利用负折射率介质的工作频率方便有效地调控Airy光束,研究结果在光学器件设计和医学科学中都有潜在的应用价值.     

聚合物脊形光波导的变分有效折射率法分析

聚合物脊形光波导是聚合物集成光电子器件的重要构成单元.利用有效折射率法计算聚合物脊形光波导的横向折射率分布及有效折射率,将各区域中的光场分布近似用分段函数表达.基于导模满足的标量波动方程,利用变分法确定变分参量,以求得准确的横向光场分布.对聚合物脊形多模光波导基模和高阶模的色散特性与横向场分布进行分析,研究了波导结构参数对色散特性的影响,计算出TM基模和高阶模的光场分布,得出了聚合物脊形光波导的单模传输条件.研究表明,该方法计算量小、精度高,对聚合物光电子器件中脊形光波导的理论分析与设计优化提供了简单高效的方法.     

左手介质矩形波导导模和表面模的场分布

从麦克斯韦方程组出发,结合电磁场的边界条件,推导出介质矩形波导导模的一般色散方程.对普通介质矩形波导和左手介质矩形波导的导模场分布分别进行了数值模拟.通过对比两种介质矩形波导的导模场分布的模拟结果,发现左手介质矩形波导Ex22模的场分布比普通介质波导Ex00模的场更集中在波导中部.同时,根据处理普通介质矩形波导的Marcatili方法.类比得到左手介质矩形波导表面模的色散方程,并数值模拟了低阶模的场分布,结果表明,能量主要集中在波导的四个角区以及波导的边缘.     

双包层单模光纤传感器及其在温度/湿度传感方面的应用

提出了一种双包层单模光纤传感器结构,根据波导理论推导出了光纤中导模变为泄漏模时,外包层折射率与双包层结构参量之间的关系,获得了这种光强调制型传感器可测量的折射率变化范围.利用已知热光系数的材料制作的温度传感器,从实验上证实了理论分析结果,并由理论与实验结果的分析得到了传感器的工作原理是:导模变为泄漏模后,输出光强与外包...     

Cu2+离子注入的石英光波导的特性研究

利用Cu2+离子注入的方式在熔融石英和石英晶体上分别制备了平面光波导结构.通过棱镜耦合实验测试了两种光波导的导模特性,结果表明:在同样的注入条件下熔融石英上形成了增加型的光波导结构,而石英晶体上形成了位垒型的光波导结构.研究了退火温度对两种光波导导模折射率的影响,熔融石英光波导中导模的折射率随着退火温度的升高而降低,而石英晶体光波导中导模的折射率随着退火温度的升高先增加后降低.为了进一步分析离子注入两种材料形成光波导的微观机理,利用SRIM模拟了Cu2+离子注入两种材料的电子能量损失和核能量损失,并且模拟了两种光波导结构的折射率分布.模拟结果表明:熔融石英光波导的主要形成原因是离子注入表面的折射率大于其体材料的折射率,而石英晶体光波导的主要形成原因是离子射程末端的折射率小于其体材料的折射率.因此,在熔融石英光波导的形成中电子能量损失起主要作用,而在石英晶体光波导的形成中核能量损失起主要作用.     

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。     

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.     

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.     

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.     

Analysis of Radiation Phenomena in a Wedge Ended Dielectric Slab Waveguide

Radiation phenomena observed in a wedge shape ended dielectric slab waveguide are analyzed using mode matching technique. The case of transverse electric polarization (TE) being parallel to dielectric slab waveguide is assumed. In order to describe the fields in the wedge region, a stack of dielectric plates is assumed and in each layer the fields are expanded in terms of the mixed spectrum of guided and radiated modes. A similar expansion is used in the constant thickness slab waveguide while in free space medium a continuous-radiation mode expansion is used. Then a mode matching approach is applied, incorporating the orthogonality properties of mixed spectrum modes, in order to compute the wave fields inside the dielectric slab waveguide and wedge medium. Mode matching is achieved by discretizing the continuous radiation mode spectrum leading into a numerically stable solution provided a sufficient large number of points are used to convert integrals into finite summations. Numerical computations are carried out for various wedge geometries and shapes including linear and exponential profiles.     

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.     

Guided surface modes in a hollow slab waveguide with a left-handed material substrate or cover

The structural dispersion characteristics of guided surface modes in a hollow slab waveguide with a left-handed material substrate or cover are investigated. Dispersion relation is derived by using normalized parameters, and universal dispersion curves have been obtained analytically, by solving transcendental dispersion equations in a reverse way. Existence condition, mode degeneracy and other dispersion properties of guided surface modes have been discussed for different ? or μ of three layers for this substrate or cover layer.