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电磁波在介质中的传播行为是由介电常数ε(permittivity)与磁导率μ(permeability)来决定的。假如考虑没有能量损失的特殊情形,也就是考虑n、ε、μ都为正实数的情况时,可发现在ε与μ同时变号的条件下,色散关系和折射率是不会发生变化的。1968年V.G.Veselaga立刻对这样的结果作出推论:其一,我们可以假设当ε和μ同时变号时物质的性质不受改变;其二,或许ε和μ同时为负值这种物理现象可能抵触某些基本的物理定律,使得没有一种物质被发现能同时满足ε<0和μ<0;其三,具有ε和μ同时为负值得物质应具有一些特别的基本性质。
到目前为止,还没有发现天然的ε和μ同时为负值的材料(即左手系材料,英文缩写为LHM或NIM。相应的普通介质称为右手介质,RHM)。这使得V.G.Veselaga的理论长期处于猜想阶段,无人问津。直到1996年,第一个人工左手系材料的出现才改变这种状况。至此以后,关于左手系材料的研究逐渐成为热门。
本文介绍了LHM介质的基本特点;讨论了在含有LHM介质的各种类型的光波导中可能存在的导波模式,尤其是它在光波导中的特殊角色。由于它的参加使得平常波导中的传播模式发生了显著的变化。
第一,HM-RHM界面上的Snell定律和RHM-RHM界面上的Snell定律不完全相同。入射光的振幅反射率不但和入射角、折射角有关还和LHM介质的磁导率(s情况)、介电常数(p情况)有关;在LHM-RHM界面上发生全反射时,反射光线的位相跃变不但与两层介质的折射率、入射角、折射角有关,还和LHM介质的磁导率(s情况)、介电常数(p情况)有关。具体形式见(2.12)、(2.22)、(2.23)式
第二,在含有LHM介质的平面波导中,随着归一化频率的降低(从而入射光频率降低),波导中的导模更快的趋于截至;与此同时,更多的导模逃离芯层,从而芯层中输运的功率很快下降。其曲线形状和普通波导的情形没有太大的差别
第三,含有LHM介质的波导之间的耦合不仅和波导各自的折射率及其衰减常数有关,也和各自的磁导率μ(TE波之间的耦合)、介电常数ε(TM波之间的耦合)有关。