1 湖州师范学院 理学院， 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院， 上海 200072
对含石墨烯多层结构左手材料的介质特性及其构成的平面波导TM振荡模的传输特性进行了研究。该波导的芯层为含石墨烯的多层结构，覆盖层和衬底为不同的普通材料。计算结果表明：随着归一化波导厚度的增加，TM振荡模的有效折射率同时具有增加和减小，且两者最终达到平衡的双模简并特性。上述特性可以通过调节石墨烯外加电压的方法实现；进一步研究发现，波导中传输的归一化功率流具有正值、负值和零三种情况。电压或者频率的变化对正功率流的影响较小，对负功率流和零功率流的影响较大。
平面波导 各向异性左手材料 石墨烯 电压 slab waveguide anisotropic left-handed materials graphene voltage
对含各向异性左手材料劈形平面波导中的TE振荡模进行了相关研究。从Maxwell方程组出发,采用变量分离法,根据切向电磁场连续的边界条件,得到该模的色散方程以及功率流方程。基于上述方程,采用曲线拟合方法,画出了相关的特性曲线。结果显示:电场强度同时考虑了x和z方向的影响,功率流随波导长度增加而周期性振荡变化;当劈形平面波导的斜率k=0.1,导模传输的波导长度小于2.5 mm;当频率较低时(f=5.0 GHz)以及k=0.01,对于不同的模阶数,波导厚度的变化对功率流在波导中传输的影响不大。这些特性将有助于未来波导的小型化以及波导加工精度的降低。
集成光学 平面波导 各向异性左手材料 色散曲线 归一化功率流 激光与光电子学进展
2018, 55(4): 041302
1 湖州师范学院 理学院, 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200072
研究了含各向异性左手材料的劈形平面波导TE振荡模的传输特性。 首先，从麦克斯韦方程组出发，得到该模的色散方程、反射系数方程、传输系数方程以及功率损耗方程。然后，根据这些方程画出了相关特性曲线并对这些曲线进行了仔细分析，研究发现：(1)当模阶数m=0,1,2时，TE模的有效折射率具有较大的值，且随着波导长度的增加而快速减小；(2)TE0模具有超大的反射系数，最大值接近0.967；(3)TE0模传输系数总是小于等于1.2×10-3；(4)当劈形波导斜率k=0.01时，其功率损耗大于等于0.998，而且，当频率为5.0GHz时，功率损耗仍大于等于0.98。
劈形平面波导 左手材料 传输系数 反射系数 功率损耗 超强吸收器 tapered slab waveguide metamaterial transmission coefficient reflection coefficient power loss super absorber
1 湖州师范学院 理学院,浙江,湖洲 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院,上海 200072
从Maxwell方程组出发,得到三层各向异性左手材料对称平面波导TM模的色散方程及功率流方程;利用多台阶近似法得到该类劈形平面波导TM0振荡模的反射系数和传输系数方程;根据TM模的色散方程、反射系数和传输系数方程画出相应的特性曲线.分析表明：随着电磁波的传输,TM振荡模传输系数ct2逐渐减小,但在零附近出现振荡,同时出现双模反射特性;随着波导长度的增加,第一类反射系数ar12从零开始逐渐增加,最终趋于恒定;第二类反射系数ar22单调增加,最大可接近于1.增加多层结构左手材料中金属填充比或电磁波频率,传输特性曲线下移,传输能力下降;第一类反射特性曲线下移,反射能力下降,但第二类反射特性曲线上移,反射加强.
平面波导 各向异性左手材料 传输系数 反射系数 双模反射 Slab waveguide Anisotropic metamaterial Transmission coefficient Reflection coefficient Double-mode reflection 光子学报
2015, 44(10): 1023002
1 湖州师范学院 理学院, 浙江 湖州 313000
2 上海大学 通信与信息工程学院, 上海 200072
对芯层为左手材料而覆盖层和衬底均为不同普通材料的三层平面波导进行了探讨。考虑损耗、色散和各向异性的左手材料, 利用TE模的色散方程, 结合模阶数、波导厚度以及电磁衰减系数的变化, 画出了相关的色散曲线和损耗曲线。根据这些曲线, 发现对于TE2模, 在频率为4.03GHz附近, 波导厚度为5mm, 它有非常大的有效折射率(接近80);当频率从4.0GHz增加到6.0GHz, 色散曲线的斜率为正、零和负。正斜率为正常色散, 负斜率为反常色散, 零斜率则群速为零。对于高阶TE模, 当频率为4.03GHz时, 它的损耗是最大的;当频率超过5.0GHz后, 波导厚度以及电磁衰减常数的变化对TE模的损耗特性影响不大, 这些新特性为制备小型化的波导器件提供了理论基础。
平面波导 左手材料 色散特性 损耗特性 slab waveguide metamaterials dispersion properties loss properties
1 湖州师范学院理学院， 浙江 湖州 313000
2 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室， 上海 200072
对纤芯为各向异性左手材料，包层为普通材料的光纤进行了相关研究。首先，从Maxwell方程组出发，得到了各向异性左手材料光纤振荡模的色散方程。根据这些色散方程及其当前左手材料实际结构，同时考虑实际左手材料的频率色散特性，画出了TE、TM、HE和EH振荡模的色散曲线。通过对这些色散曲线的比较、分析，得到了一些振荡模的色散特性。比如：随着频率的增加，有效折射率也单调增加；TM振荡模有一定的群速，而EH振荡模有2个不同的群速，其突变频率约为4.46 GHz。此外，随着模阶数的增加，色散曲线向左上方移动；随着纤芯半径的增加，色散曲线向右下方移动，HE11振荡模的工作频域随着纤芯半径的增加而变宽。总之，这些都是有趣的色散特性，为进一步设计高性能光纤指明了方向。
光纤光学 左手材料 振荡模 频率色散
1 湖州师范学院理学院， 浙江 湖州 313000
2 浙江大学光及电磁波研究中心， 浙江 杭州 310058
3 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室， 上海 200072
对含左手材料的三层平面波导的TM振荡模进行了研究。利用麦克斯韦方程组，得到了TM振荡模的色散方程。根据该色散方程，考虑芯层厚度及模阶数对色散特性的影响，画出了相关TM模的色散曲线。从中可以发现，色散特性反常且具有双模简并的特性。此外，对波导中TM模的归一化功率流特性进行了相关的研究。结果显示，在一定的条件下，TM振荡模的归一化功率流具有正、负和零。正的归一化功率流意味着能量在波导中正向传输；负的归一化功率流则说明了能量在波导中向后传输；而零归一化功率流则说明了能量静止于波导中。
集成光学 平面波导 左手材料 色散特性 归一化功率流 激光与光电子学进展
2010, 47(12): 121302
1 浙江大学光及电磁波研究中心，杭州 310058
2 上海大学特种光纤与光接入网省部共建重点实验室，上海 200072
3 湖州师范学院理学院，浙江 湖州 313000
对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的非对称三层平面波导TE振荡模进行了分析.在考虑左手材料色散和各向异性的情况下，从Maxwell方程组出发，得到了TE振荡模的色散方程和功率流分布，并且画出了相应的色散曲线.我们找到了8个TE振荡模，而且包括基模.随着模阶数的增加，模色散曲线右移，功率流曲线下移.但是，随着波导厚度的增加，色散曲线左移，功率流曲线上移.此外，TE振荡模有反常色散特性和负的群速，这正揭示了左手材料的本质特性.
平面波导 左手材料 色散方程 归一化功率流 Slab waveguide Left-handed material Dispersion properties Normalized power flux
1 浙江大学 光及电磁波研究中心，杭州 310058
2 湖州师范学院 理学院，浙江 湖州 313000
3 上海大学 通信与信息工程学院，上海 200072
对芯层为左手材料而内外包层都是普通材料的对称五层平面波导进行了探讨.得到了两类TE振荡模的色散方程，且在考虑材料色散的条件下，画出了相关模式的色散曲线.随着模阶数的增加，模色散曲线左移，它们的截止频率变小.其次，发现零阶TE振荡模的存在.除此以外，TE振荡模有三类色散特性：正常色散；反常色散；双模简并.
平面波导 左手材料 色散方程 色散曲线 Slab waveguide Left-handed material Dispersion equation Dispersion curves
1 湖州师范学院理学院，浙江 湖州 313000
2 上海大学通信与信息工程学院，上海 200072
在弱导条件下，利用Maxwell方程组，对纤芯是左手材料，包层是右手材料的光纤表面模进行了研究,得到了TE (TM)、 EH和 HE表面模的色散方程,.根据色散方程,画出了相应表面模和含左手材料光纤导模的色散曲线.比较这些色散曲线，发现了含左手材料光纤表面模一些新的特性.
光纤 左手材料 右手材料 表面模 特性方程 Fiber Left-handed material Right-handed material Surface mode Characteristic equations
