左手材料平板波导的导模特性论文.pdf

国内图书分类号: O438 国际图书分类号: 535 理学硕士学位论文左手材料平板波导的导模特性 硕士研究生: 沈宗晶 导 师: 姜永远教授 申请学位: 理学硕士学科、专业: 光学 所在单位: 物理系 答辩日期: 2008 年 7 月授予学位单位: 哈尔滨工业大学 Classified Index: O438 : 535 Dissertation for the Master Degree in Science THE CHARACTERISTICS OF GUIDED MODES IN LEFT-HANDED METAMATERIALS SLAB WAVEGUIDES Candidate : Shen Zongjing Supervisor : Prof. Jiang Yongyuan Academic Degree Applied for : Master of Science Speciality : Optics Affiliation : Department of Physics Date of Defence : July, 2008 Degree-Conferring-Institution : Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学理学硕士学位论文摘要左手材料是一种具有特殊电磁特性的人工材料,近年来一直吸引着众多研究人员的注意。本文对由左手材料构成的三种平板波导的导模特性进行了详细的理论研究。 首先讨论了以单轴各向异性或双轴各向异性的左手材料为芯层,以普通材料为包覆层的平板波导的导模特性。给出了导模的色散方程, 进而将导模分为非表面波模和表面波模。结果表明非表面波模既可以是快波模,也可以是慢波模,而表面波模只是慢波模, 这与各向同性左手材料或普通材料平板波导只支持快波非表面波模明显不同。然后详细分析了波导中存在传导模与芯层材料和包覆材料参数取值范围之间的关系,最后给出了导波模的能流密度。其次,考虑以空气为芯层,左手材料为包覆层的平板空气波导的导模特性, 其中左手材料分别为各向同性、单轴各向异性、双轴各向异性和克尔型非线性。给出了线性导模的色散方程,对慢波模色散方程有无解的情况以及能流密度随频率的变化关系进行了研究。详细讨论了非线性导模的频率特性、色散关系以及群速度随频率的变化规律。文中还进一步研究了更为普遍的平板波导,即芯层为普通材料,包覆层为克尔型非线性左手材料的非线性导模特性,分别讨论了非线性导模的频率特性和色散特性。最后研究了以普通材料为芯层,各向同性线性左手材料或克尔型非线性左手材料为包覆层的平板波导间的耦合特性,通过推导色散方程和波导中导模传输功率的表达式,给出了两个平板波导之间的耦合系数。关键词 左手材料;各向异性;非线性;耦合效应-I- 哈尔滨工业大学理学硕士学位论文 Abstract Left-handed metamaterials (LHMs) have attracted much attention during the last few years because of the peculiar elec ic properties they possessed. This dissertation presents the theoretical study on the guiding characteristics of three kinds of slab waveguide structures with LHMs. Firstly, the characteristics of guided modes of a planar slab waveguide in which the LHM core is sandwiched by two conventional dielectric materials are studied. The dispersion relation of the guide d modes in this slab wave guide is derived where the LHM can be either uniaxially anisotropic or biaxially anisotro pic. The guided modes are divided into surface wave modes a nd non-surface wave mode s. The non-surface wave modes can be fast wave modes or slow wave modes, and the surf