負(fù)折射介質(zhì)波導(dǎo)特性及應(yīng)用研究.pdf

1、負(fù)折射人工復(fù)合材料作為一種具有奇異電磁特性的新型材料已經(jīng)成為當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)，到目前為止人們提出的負(fù)折射人工復(fù)合材料主要有左手介質(zhì)(Left-handedmetamaterials)、光子晶體(Photoniccrystals)及手征介質(zhì)(Chiralmedia)等。本文主要研究了由左手介質(zhì)和普通介質(zhì)構(gòu)成的多種波導(dǎo)的導(dǎo)波特性，負(fù)折射光子晶體單界面波導(dǎo)(由空氣，高折射率介質(zhì)層和負(fù)折射光子晶體結(jié)構(gòu)組成的三層波導(dǎo))及由兩個(gè)負(fù)折射光子晶體單界

2、面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)組合而成的雙界面波導(dǎo)的導(dǎo)波特性及色散特性，對(duì)光束在負(fù)折射率光子晶體結(jié)構(gòu)界面全反射時(shí)的反常古斯—漢森位移進(jìn)行研究，引外也對(duì)自組裝法制備三維負(fù)折射介質(zhì)光子晶體的制備工藝進(jìn)行探索。本文所做創(chuàng)新的工作主要有： 1)對(duì)左手介質(zhì)為襯底的非對(duì)稱波導(dǎo)及左手介質(zhì)圓柱波導(dǎo)中導(dǎo)模的導(dǎo)波特性進(jìn)行了較為詳細(xì)地研究。發(fā)現(xiàn)在這些左手介質(zhì)波導(dǎo)中都可能存在基模缺失的情形及同一波導(dǎo)內(nèi)可以同時(shí)存在屬于同一個(gè)模式但傳播方向相反的兩個(gè)導(dǎo)波模式，這種特性使得左手

3、介質(zhì)波導(dǎo)并不適合作為普通的信號(hào)傳輸工具；同時(shí)發(fā)現(xiàn)這些左手介質(zhì)波導(dǎo)可以以極低的速度傳輸光波(即慢波特性)，這對(duì)于信號(hào)的延遲及存儲(chǔ)具有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值；利用左手介質(zhì)波導(dǎo)的這種慢波特性，提出了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但對(duì)電磁波具有較好遲滯作用的陷波結(jié)構(gòu)。 2)利用層多重散射理論分析了光束在二維負(fù)折射光子晶體單界面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)波特性。發(fā)現(xiàn)這種波導(dǎo)除與左手介質(zhì)波導(dǎo)一樣有向后波及慢波外，其慢波的導(dǎo)波及色散特性優(yōu)于左手介質(zhì)對(duì)稱波導(dǎo)，如對(duì)于同一波導(dǎo)存在多

4、個(gè)頻率范圍內(nèi)的導(dǎo)模同時(shí)具有慢波特性，其慢波特性并不要求某個(gè)特定波導(dǎo)厚度，而且既使在寬厚度波導(dǎo)中也比較容易實(shí)現(xiàn)單模傳輸?shù)?，這些特性使它在光存儲(chǔ)，光學(xué)遲延線以及光緩沖等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用價(jià)值。 3)分析光束在負(fù)折射光子晶體單界面平板波導(dǎo)結(jié)構(gòu)全反射時(shí)的古斯—漢森位移，發(fā)現(xiàn)通過(guò)合適地選取介質(zhì)波導(dǎo)層的厚度，全反射光束能夠產(chǎn)生巨負(fù)古斯—漢森位移，而且通過(guò)優(yōu)化，即使對(duì)束腰極窄的入射光束，其反射光束的光強(qiáng)分布依舊保持很好，幾乎與入射光束相同；

5、此外，利用在某些情形下古斯—漢森位移對(duì)介質(zhì)層折射率的變化極為敏感的特性，提出通過(guò)微調(diào)介質(zhì)層的負(fù)折射率來(lái)對(duì)反射光束的位置進(jìn)行調(diào)制，這種特性具有做為光開(kāi)關(guān)、調(diào)制器及傳感器的潛在應(yīng)用價(jià)值。 4)利用負(fù)折射光子晶體單界面波導(dǎo)具有與左手介質(zhì)界面相似的全反射特性，提出了由兩個(gè)單界面組成的負(fù)折射光子晶體雙界面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)，分析發(fā)現(xiàn)雖然光子晶體實(shí)現(xiàn)負(fù)折射與左手介質(zhì)不同，但是這種負(fù)折射光子晶體雙界面波導(dǎo)結(jié)構(gòu)具有與左手介質(zhì)對(duì)稱波導(dǎo)相似導(dǎo)波特性，因此，可