負折射介質波導特性及應用研究.pdf

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

2、面波導結構組合而成的雙界面波導的導波特性及色散特性，對光束在負折射率光子晶體結構界面全反射時的反常古斯—漢森位移進行研究，引外也對自組裝法制備三維負折射介質光子晶體的制備工藝進行探索。本文所做創(chuàng)新的工作主要有： 1)對左手介質為襯底的非對稱波導及左手介質圓柱波導中導模的導波特性進行了較為詳細地研究。發(fā)現(xiàn)在這些左手介質波導中都可能存在基模缺失的情形及同一波導內可以同時存在屬于同一個模式但傳播方向相反的兩個導波模式，這種特性使得左手

3、介質波導并不適合作為普通的信號傳輸工具；同時發(fā)現(xiàn)這些左手介質波導可以以極低的速度傳輸光波(即慢波特性)，這對于信號的延遲及存儲具有重要的潛在應用價值；利用左手介質波導的這種慢波特性，提出了一種結構簡單但對電磁波具有較好遲滯作用的陷波結構。 2)利用層多重散射理論分析了光束在二維負折射光子晶體單界面波導結構的導波特性。發(fā)現(xiàn)這種波導除與左手介質波導一樣有向后波及慢波外，其慢波的導波及色散特性優(yōu)于左手介質對稱波導，如對于同一波導存在多

4、個頻率范圍內的導模同時具有慢波特性，其慢波特性并不要求某個特定波導厚度，而且既使在寬厚度波導中也比較容易實現(xiàn)單模傳輸?shù)?，這些特性使它在光存儲，光學遲延線以及光緩沖等領域有重要的潛在應用價值。 3)分析光束在負折射光子晶體單界面平板波導結構全反射時的古斯—漢森位移，發(fā)現(xiàn)通過合適地選取介質波導層的厚度，全反射光束能夠產生巨負古斯—漢森位移，而且通過優(yōu)化，即使對束腰極窄的入射光束，其反射光束的光強分布依舊保持很好，幾乎與入射光束相同；

5、此外，利用在某些情形下古斯—漢森位移對介質層折射率的變化極為敏感的特性，提出通過微調介質層的負折射率來對反射光束的位置進行調制，這種特性具有做為光開關、調制器及傳感器的潛在應用價值。 4)利用負折射光子晶體單界面波導具有與左手介質界面相似的全反射特性，提出了由兩個單界面組成的負折射光子晶體雙界面波導結構，分析發(fā)現(xiàn)雖然光子晶體實現(xiàn)負折射與左手介質不同，但是這種負折射光子晶體雙界面波導結構具有與左手介質對稱波導相似導波特性，因此，可