含負折射率材料平板波導的特性研究.pdf

1、經過近幾十年的發(fā)展，負折射率材料已經從當初的假想，再到理論成立，已經發(fā)展到用來制作集成光學元器件了，其中的應用有負折射率材料的傳感器。跟常規(guī)介質的傳感器比較，負折射率材料傳感器會有更高的靈敏度和更低的探測極限。
　　本文從麥克斯韋方程組出發(fā)，利用數(shù)值計算法，研究了負折射率材料對四層平板波導模式特性的影響，主要完成的工作如下:
　　(1)首先介紹了三層平板波導的模式特性，然后在三層結構的基礎上，通過在覆蓋層和波導層之間引入緩沖

2、層，導出了TE和TM模式下四層平板波導的模式本征方程和電場公式。
　　(2)研究了四層平板波導的波導層采用單負材料時，模型參數(shù)對振蕩導模和表面導模的影響。結果發(fā)現(xiàn)，負折射率材料四層平板波導存在TE0模，在波導層和負折射率材料緩沖層之間產生的衰逝波可以激發(fā)負折射率材料緩沖層與覆蓋層間的表面導模，且表面導模明顯被負折射率緩沖層放大。
　　(3)研究了四層平板波導的波導層采用雙負材料時，模型參數(shù)對振蕩導模的影響。通過對模式特性曲線

3、的分析，我們發(fā)現(xiàn):該波導結構存在基模，高階模式的TE模和TM模會出現(xiàn)雙?，F(xiàn)象，波導層折射率小于緩沖層折射率的甚至存在三模簡并，這有利于帶通特性器件的設計。在特定的波導層厚度下，同階的TE模和TM模會具有相同的有效折射率，這一特性可以用來實現(xiàn)一些偏振不敏感的器件。隨著波導層厚度的增大，模式兼并的現(xiàn)象會越不明顯。隨著波導層和緩沖層的介電常數(shù)和磁導率的增大，模式的特征曲線會往左移動，且存在雙模的區(qū)域變窄。通過控制平板波導波導層和緩沖層的介質參