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.     

集成光学、波导理论

TN252 2004064285 5层金属包覆介质波导的模式特性研究=Modal characteristics study of 5-layer metal-clad waveguide[刊,中]/纪磊(天津大学精密仪器与光电子工程学院.光电信息技术科学教育部重点实验室.天津(300072)),于建…∥光电子·激光.—2004,15(4).—432-438 采用有限元方法(FEM)对具有复折射率的金属包覆5层平板波导和矩形波导的折射率及模场分布进行了求解并进行了定性的分析,得到了5层平板波导的模折射率随芯层厚度、缓冲层厚度和金属层厚度的变化关系。给出了等离子体表面模的模场分布演变,揭示了在缓冲层变化时等离子体表面波向普通TM模式及低价TM模向高阶TM模的演变过程,计算了二维结构5层矩形波     

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.     

对称平面单轴晶体金属波导的模式场(1)

由于平面各向异性介质金属波导的重要应用,本文讨论了光在对称平面单轴晶体金属波导(波导层是单轴晶体,两个波导界面均为金属)内的传输特性.对于晶体光轴位于波导界面法方向与传输方向构成的平面内的特殊波导结构,利用麦克斯韦方程组并结合单轴晶体的性质,精确解出了波导模式场.结果表明:1)此种特殊结构波导内存在横电波(TE)和横磁波(TM);2)TM波的坡印廷矢量与波矢方向不在一条直线上;3)波导层为负单轴晶体时波导主模是TE波主模,而波导层为正单轴晶体时波导主模是TM波主模.     

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.     

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.     

石墨烯TE模表面等离子体波和表面等离子体波导的特性

基于含石墨烯的双/三层介质结构中的光学色散方程,研究了覆层和基底层材料对石墨烯表面等离子体波横电(TE)模的影响。计算结果表明,近红外波段内,石墨烯表面等离子体波TE模的性质对覆层和基底层介电常数的差值极其敏感。当覆层和基底层介电常数出现微小差异时,TE模可以进行传输。随着两介电常数差值的增大,TE模的有效折射率显著增大,甚至超过覆层折射率,而传播损耗不断减小。对于三层介质结构,相邻两介质分界面间添加单层石墨烯形成了平板波导结构,研究该结构发现,当传导层和基底层介电常数相近时,其夹层的石墨烯对波导TE模的调控尤其显著,这种调控来源于电磁波耦合到石墨烯形成的表面等离子体波TE模。这些结果为设计调制器、检测器和过滤器等石墨烯表面等离子体波导器件提供了理论支持。     

双面金属包覆介质波导模序数的判别方法

在双面金属包覆介质波导中 ,随着介质层厚度的变化 ,会出现TM0 模与TM1 模的分离和简并两种状态 ,从而影响衰减全反射 (ATR)谱中模序数的确认。通过对金属波导的理论分析和实验研究 ,提出了三种模序数确认方法 :本征角计算法、吸收峰全峰半宽比较法和吸收峰峰间距比较法 ,实现了两种状态下对模序数的准确判断     

正负折射率材料组成的一维光子晶体的能带及电场

计算了由正负折射率材料交替排列组成的一维光子晶体的能带及电场，发现其能带不同于由普通正折射率材料组成的光子晶体的能带.当选择合适的参数时，由正负折射率材料组成的光子晶体的TE模或TM模有完全光子带隙出现，这在普通光子晶体中不出现.导带中的电场波函数与普通光子晶体相比具有很强的局域性.对于负折射率材料层为色散介质的情况，计算了在不同的具有正负折射率区域能带.     

小尺度表面粗糙度与介质吸收对介质折射率测量的影响

将介质表面的小尺度粗糙度等效为覆盖在理想光滑表面上的多层等厚折射率渐变的薄膜,并通过特征矩阵计算多层等效膜模型的P光反射率与入射角的关系.将吸收介质的折射率虚部带入菲涅尔公式进行计算.运用COMSOL Mutiphysics软件对表面粗糙度和介质吸收进行建模和仿真计算.计算结果表明,小尺度表面粗糙度与介质吸收都会导致折射率测量产生误差.分别考虑以布儒斯特角和全反角作为折射率测量的手段,为了得到优于10-5的测量准确度,测量表面粗糙介质的折射率时,采用全反角进行判定;测量具有吸收效应的介质折射率时,采用布儒斯特角进行判定.