转移矩阵法的纳米波导导波特性分析

摘要

一种新型纳米光波导结构,由二氧化硅/硅/空气/硅/二氧化硅五层介质构成,将光能量限制在低介电常数的中间空气狭缝中传输,利用转移矩阵法对其传输特性进行了详细分析,推导出了TM模式的本征色散方程,给出了TM模式电场和磁场分布以及电磁场能量分布的解析表达式.进而利用图解法求解了本证色散方程,分析了硅层和空气层厚度对电磁场能量分布的影响,给出了波导的优化尺寸均在几百纳米左右.对于波导存在一种和两种TM模式的情况进行了分析,单模情况(只存在TM0模)要比多模情况对光能量限制好很多,在多模情况下高阶模要比低价模对光的限制好,这是和一般传统波导不相同的地方;同时光在导波层(低介电常数的介质层)的传播速度要小于光在相应介质中的传播速度,即表现出慢波特性.