在对称介质负介电常数材料波导TE表面静磁波

抽象

在一个平板波导结构的非线性静磁表面波进行了研究。设计包括电介质膜的两个厚非线性非磁性负介电常数材料（NPM）层之间。对于TE非线性静磁表面波（NMSSWs）的分散关系已被衍生为所提出的结构和已被数值研究。有效折射率与厚度和频率增加已发现减小。有效折射率减小与光学非线性增加和切换到有效折射率的负值在光学非线性的一定值已被发现。这意思是该结构的表现就像在一定范围内的左手材料。我们发现，功率流通过改变工作频率，电介质膜的厚度，和所述光学非线性改变。此外，有效折射率和功率流过介电常数值的某些值达到恒定值。

1.简介

极大的兴趣集中在电磁波在人造材料的传播，特别是与折射的负折射率材料构成：即在一定的频率范围内显示出两个负磁导率和介电常数的材料。在这些材料，有波矢量，电场和磁场形成左手系。因此，它们被称为左手系材料（左手材料）。

一组研究人员在圣迭戈大学能够合成的人工电介质（超材料）。他们能够证明这些材料同时表现出负的介电电容率和磁导率同时在一定范围内的频率[的1]。通过实现，韦谢拉戈的预测[2]在他的先驱纸张，在具有负的介电常数的介电常数的各向同性介质电磁传播和负磁导率可能表现出不同寻常的性质分别实现。在这样的（左手材料）似乎有电场矢量时，磁场矢量和波矢量形成左侧的正交集合。在LHM的存在那些最近示范导致一个敞开到在一种新型的基于在这些材料的电磁波传播装置的设计独特的可能性，但在一个非常规的方式。

近日，Shadrivov等。[8，9提出了一种非线性LHM结构;Podolskiy和纳里马诺夫[11]提出了非磁性线性LHM。

通过Assa'd等人最近的研究。[6，7]提出了一类新的材料基础上Shadrivov的和其他人的工作，这是非线性非磁性负介电常数材料（国家防范机制）。非线性非磁性NPM表现得像一个更好的优点的金属;我们可以控制其物理特性和工作频率范围。使用某些类金属的相比的NPM [当该可控性不广泛可用的6]。

由于大多数的通信设备（例如，波导和微带）包括电介质材料，其邀请我们调查非线性非磁性负介电常数材料（NPM）的两个厚层之间的介电膜的平板波导结构。

TE波NMSSW在平板波导结构的传播进行了研究。它们是非线性的非磁性负介电常数材料（NPM）的两个层之间的介电膜。

本文已安排如下。部分2衍生的非线性非磁性电介质NPM非线性非磁性NPM结构的表面波的色散关系，和功率流。中科3我们讨论的数值结果。部分4在专门讨论的结论。

2.理论

在TE波传播的色散关系与传播波恒定在形式表示哪里，是复传播常数，和是其等于自由空间波数，其中c是光的速度，和？是所施加的角频率。

在图1，厚度的线性电介质膜Ť和介电常数Ë通过非线性非磁性NPM的两层中的区域为界和的，其介电常数为在这里，我们考虑克尔在复合材料中的电介质的非线性[8-10]，那是，

哪里是等离子体频率，是施加的频率，并是介电常数的线性部分，和一个是非线性系数。非线性非磁性NPM的渗透性被认为是[6，11]。电磁场分量

2.1。在非线性非磁性NPM（和）

换人（2）成麦克斯韦方程产生以下非线性微分方程在非线性非磁性NPM满足：哪里，

方程的解（3）是（谁）给的 [12]。

哪里是最大的非线性盖场分量的位置，和在非线性盖在磁场分量是

在

2.2。在线性电介质区域（）

而且，取代（2）成麦克斯韦方程产生以下线性微分方程的线性电介质膜，以满足：

的溶液（6）是（谁）给的

哪里线性磁场分量的电介质是

色散关系可通过在界面处的场分量匹配来找到和，那是，

哪里和是光学nonliearaty。

电流
沿着传播方向的TE表面波的功率通量可通过坡印亭矢量积分来发现哪里

3.数值结果与讨论

色散关系，（11），数值求解找到复有效波指数作为角频率的函数的和光学非线性为（电介质膜的厚度的不同值）。受调查结构的功率通量已被研究用于膜厚度。除此之外，我们调查了电介质材料的介电常数的效果。非线性非磁性负介电常数NPM和线性电介质的参数被调整，以使得该参数是负在相同的频率范围内，之间的位于。在执行数值计算中使用的参数是[6，13]：和。

在图2我们绘制的有效折射率，，与在光学非线性的频率范围内，在不同的电介质膜的厚度。值得注意的是有效折射率被平稳地随频率的增加和负斜率下降。在频率的中间范围的有效折射率切换到具有正斜率负值。在此之后，在较高频率的有效折射率再次切换回正值与负斜率。因此，该结构的表现就像在中间范围的频率左手材料（LHM）。色散关系的斜率代表群速度。当斜率为负斜度，这意味着群速度是负的，并且该结构表现得像LHM。这些性能是由于这样的事实，在非线性非磁性NPM的坡印亭矢量反平行于波数，其特征在于，负介电常数14，15]。

有效折射率结构相对于非线性的在不同的膜厚度，并在角频率在图中示出3。我们注意到，有效折射率，，该结构的顺利与非线性减小尽管在非线性小区域其中急剧变化发生在有效折射率的值，即其将负值。我们注意到，有效折射率与电介质膜的厚度敏感。的有效折射率与电介质膜而减小厚度的增加对于所有非线性值。

数字4示出了归一化的功率流，其中，与具有光学非线性的工作频率。在该范围内的低频的功率流随频率增加而降低。然后将功率流切换到中间范围的频率负值。在该范围内的高频率的功率流切换到正值。功率流是电介质板厚度敏感。功率流与介电膜厚度的增加而减小。

在图图5（a）和5（B）（为了清楚起见），我们绘制的功率相对于所述光学非线性在工作频率和介电常数，功率流具有用于所有介电膜厚度的光学非线性增加而降低。

（一个）

（b）中

在图6和7中，我们探索了介电常数的的结构和功率流的有效折射率的影响。对于某些工作频率范围的结构和功率流的有效折射率具有几乎恒定的值。的有效折射率和功率流与介电膜厚度的增加在距离拍摄的所有介电常数值减小。

4。结论

我们分析研究了TE表面波在平板波导。它包含两个非线性非磁性负介电常数材料（NPM）厚的层间介电膜。对于TE表面波的色散关系被导出和数值研究。有发现上述波的有效折射率是在值变更和符号取决于工作频率和电介质板的厚度。的有效折射率和功率流是光学非线性和介电板的厚度敏感;它们与非线性和厚度增加而降低。我们注意到，有效折射率和功率流达到恒定值，在非线性和工作频率的特定值，与介质板的介电常数。

参考

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