左手介质平板镜像波导的模式特性分析.pdfVIP

维普资讯 第25卷 第4期 贵州大学学报 (自然科学版) Vo1．25No．4 2008年 7月 JournalofGuizhouUniversity(NaturalSciences) Ju1．20o8 文章编号 1000—5269(2008)o4—0373—05 左手介质平板镜像波导的模式特性分析 王 筠 (湖北第二师范学院物理与电子工程系，湖北 武汉430205) 摘 要：本文对左手介质平板镜像波导的模式色散特性进行了细致分析与推导，得到了TE模和 TM模的特征方程，并对该方程式进行 了数值计算，描绘出它们的色散特性曲线，并与常规介质 平板镜像波导的模式进行了比较，得出左手介质平板镜像波导模式的一些反常特性。 关键词：左手介质涂层平板镜像波导；Maxwell方程组；TE模 ；TM模 ；模式特征方程 中图分类号：O441 文献标识码 ：A Guidancecharacteristicsin left—handedmaterialslab mirrorwaveguides WA G Yun (DepartmentofPhysicsandElectronicEngineering，HubeiTeachersCollege，Wuhan430205，China) Abstract：Guidancecharacteristicsinleft—handedmaterialslabmirrorwaveguidesareanalyzed．Sever- allower—ordertransverseelectricalmodes(TE)andtransversemagneticmodes(TM)arecalculatednu— mericallyandthedispersioncurvesareobtained．Someabnormalpropertiesofguidedmodesin left- hna dedmaterialslabmiirrorwaveguidesarediscussed． Keywords：left—handedmaterial slabmirrorwaveguides；Mxawellequation；TE；TM 1 引言 介 电常数 和磁导率 是决定电磁波在介质中传播性质的两个重要参数．前苏联物理学家 Veselago 于 1964年首次从理论上预言：当介质的介 电常数 和磁导率 同时小于零时，Maxwell方程依然成立，但 波矢 K与坡印亭矢量反向 物质将表现出不寻常的电磁特性；如反多普勒效应 ，反斯涅尔定律以及反契仑 可夫辐射等．由于这种介质的E、H、K三矢量之间满足左手螺旋法则，故称其为左手介质．1996年Pendry 指出，在一定条件下均匀排列的金属丝可表现出负的介电常数．1999年，他又提出裂环谐振子结构(SRR) 在一定条件下有效磁导率在一定频率范围内可以是负值．2001年有人沿用Pendry的方法构造出介电常数 和磁导率 同时为负的人工介质．近年来人们从实验中已经证明在左手介质与普通介质的交界面附近 会出现 TE和TM表面波，同时在界面上发生的Goos—Hanchen位移与在两个普通介质的界面上发生的 Goos—Hanchen位移符号相反．文献 [1]详细讨论了左手介质平板波导的模式色散特性．本文对左手介质平 板镜像波导的模式色散特性进行了细致分析与推导，对模式特征方程进行了数值计算，并与常规介质平板 镜像波导进行了比较，得出左手介质平板镜像波导模式的一些反常特性． 2 左手介质平板镜像波导的模式特征方程 平板镜像波导的结构如图1所示．共有三层均匀介质，被分成三个区域，依次是：X0为3区域，是金 属平板衬底层；0Xt为2区域，是介质芯层，又称为波导层，其相对介电常数是s 相对磁导率是x／ ； xt为1区域，是覆盖层，其相对介电常数是s 相对磁导率是 ．设覆盖层是常规介质，它的相对介电 常数s=1，相对磁导率 r1=1，它的折射