手征特异材料光波导表面模的特性研究

Chiral metamaterial is becoming a hot topic of electromagnetic theory and electromagnetic materials. Owing to its unique structural features and optical properties, chiral material can realize negative refraction without magnetic resonance, and hence reduces the loss and provides us a feasible method to obtain negative refraction in low-loss optical band.Therefore, it is concenrned widely by the scientists in the world. The project intends to study the propagation characteristics of the chiral metamaterial waveguides including planar waveguide and optical fiber by means of the theoretical and experimental methods. The project will focus on surface wave propagation characteristics,dispersion and loss characteristics of chiral metamaterial waveguides.The mechanism of enhanced coupling between two chiral metamaterial waveguides will be studied and the approximate solution of weakly guiding optical fibers be also obtained.Based on these above, some chiral metamaterial planar optical waveguides and a new type of optical waveguide coupling devices will be built experimentally. The project aims to develop further electromagnetic theory and guided wave optics and optical signal transmission theory by use of the new features of metamaterial waveguide and lays the theoretical and technical foundation for the development of novel photonic, optoelectronic and optical components.

手征特异材料（chiral metamaterial）正成为目前国内外电磁理论与电磁材料研究的热点。由于手征材料本身具有十分独特的结构特点和光学性质，使得手征材料实现负折射不需要磁共振，可以减少损耗，为实现低损耗光频段负折射提供了一种可行的方法，因而备受世界科学家的广泛关注。本项目拟从理论研究和实验构建两方面入手，以平面波导和光纤为研究对象，研究手征特异材料光波导的传输特性。项目将着重研究手征特异材料波导中的表面模传输特性、色散和损耗特性；研究两个手征特异材料光波导的耦合增强机理以及弱导光纤的近似解。在此基础上，实验构建手征特异材料平面光波导以及新型的光波导耦合器件。项目旨在通过研究手征特异材料波导的新的特性，进一步发展电磁场理论和导波光学与光信号传输理论，为开发新型的光子、光电子和光通信器件奠定理论和技术基础。

手征特异材料(chiral metamaterial)正成为目前国内外电磁理论与电磁材料研究的热点。手征特异材料波导在通信系统中具有广阔的应用前景，因而备受世界科学家的广泛关注。本项目系统地研究了手征特异材料光波导表面模的传输特性，导出了一般情况下三层平板波导及手征特异材料光纤的色散方程。这些方程适用于芯层为一般媒质、手征负折射媒质，包层和覆盖为一般媒质、负折射媒质的多种情况，具有一定的普适性。这些成果发展和完善了表面模式理论，为进一步研究手征特异材料波导提供了理论线索。从理论上研究了两个手征光波导之间的耦合增强因素，研究发现沿传播方向衰减的迅衰波，当其全部通过界面而无反射波时，透射波改变其传播常数的符号变成了增幅波。该迅衰波在介质中被放大了，而且足以补偿空气中传输的衰减，利用该性质可以实现完美透镜。基于这个特性，当两个手征光波导耦合时，可使得耦合距离大大放宽。此外，课题组对平面手征特异材料的传输特性进行了广泛的研究。经过大量的计算机仿真，提出了许多手征特异材料平面波导结构，频率覆盖微波、太赫兹、红外及光频段。加工制作了结构新颖、性能良好的手征特异材料平面波导。至今，在国内外著名刊物和会议上发表论文36篇，其中SCI收录24篇（二区论文5篇）、EI收录10篇；申请国家发明专利2项；同时培养了博士生2名，硕士生6名。以上研究成果进一步发展了电磁场理论和导波光学与光信号传输理论，为开发新型的光子、光电子和光通信器件奠定理论和技术基础。