含負(fù)折射率材料平板波導(dǎo)的特性研究.pdf

1、經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，負(fù)折射率材料已經(jīng)從當(dāng)初的假想，再到理論成立，已經(jīng)發(fā)展到用來制作集成光學(xué)元器件了，其中的應(yīng)用有負(fù)折射率材料的傳感器。跟常規(guī)介質(zhì)的傳感器比較，負(fù)折射率材料傳感器會(huì)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(jì)算法，研究了負(fù)折射率材料對(duì)四層平板波導(dǎo)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(dǎo)的模式特性，然后在三層結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過在覆蓋層和波導(dǎo)層之間引入緩沖

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

3、的分析，我們發(fā)現(xiàn):該波導(dǎo)結(jié)構(gòu)存在基模，高階模式的TE模和TM模會(huì)出現(xiàn)雙模現(xiàn)象，波導(dǎo)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(shè)計(jì)。在特定的波導(dǎo)層厚度下，同階的TE模和TM模會(huì)具有相同的有效折射率，這一特性可以用來實(shí)現(xiàn)一些偏振不敏感的器件。隨著波導(dǎo)層厚度的增大，模式兼并的現(xiàn)象會(huì)越不明顯。隨著波導(dǎo)層和緩沖層的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的增大，模式的特征曲線會(huì)往左移動(dòng)，且存在雙模的區(qū)域變窄。通過控制平板波導(dǎo)波導(dǎo)層和緩沖層的介質(zhì)參