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All-dielectric bowtie waveguide with deep subwavelength mode confinement

Frontiers of physics 2018年第4期13卷 229-235页

作者： Wen-Cheng Yue Pei-Jun Yao Li-Xin Xu Hai Ming Department of Optics and Optical Engineering University of Science and Technology of China Hefei 230026 China

Plasmonic waveguides and conventional dielectric waveguides have favorable characteristics in photonic integrated circuits. Typically, plasmonic waveguides can provide subwavelength mode confinement, as shown by their small mode area, whereas conventional dielectric waveguides guide light with low loss, as shown by their long propagation length. However, the simultaneous achievement of subwavelength mode confinement and low-loss propagation remains limited. In this paper, we propose a novel design of an all- dielectric bowtie waveguide, which simultaneously exhibits both subwavelength mode confinement and theoretically lossless propagation. Contrary to traditional dielectric waveguides, where the guidance of light is based on total internal reflection, the principle of the all-dielectric bowtie waveguide is based on the combined use of the conservation of the normal component of the electric displacement and the tangential component of the electric field, such that it can achieve a mode area comparable to its plasmonic counterparts. The mode distribution in the all-dielectric bowtie waveguide can be precisely controlled by manipulating the geometric design. Our work shows that it is possible to achieve extreme light confinement by using dielectric instead of lossy metals.

关键词： dielectric waveguide nanophotonics plasmonics photonic integrated circuits silicon

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Variational Formulation for Guided and Leaky Modes in Multilayer dielectric waveguides

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Communications in Computational Physics 2010年第3期7卷 564-579页

作者： David Stowell Johannes Tausch Department of Mathematics Southern Methodist UniversityDallasTX 75275USA

The guided and leaky modes of a planar dielectric waveguide are eigensolutions of a singular Sturm-Liouville problem. The modes are the roots of a characteristicfunction which can be found with several methods that have been introduced in thepast. However, the evaluation of the characteristic function suffers from numericalinstabilities, and hence it is often difficult to find all modes in a given range. Here anew variational formulation is introduced, which, after discretization, leads either to aquadratic or a quartic eigenvalue problem. The modes can be computed with standardsoftware for polynomial eigenproblems. Numerical examples show that the method isnumerically stable and guarantees a complete set of solutions.

关键词： dielectric waveguide polynomial eigenvalue problem variational formulation finite elements singular Sturm-Liouville problem continuation method

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一般型矩形介质波导色散特性分析

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东南大学学报(自然科学版) 1986年第4期 114-122页

作者：洪伟李嗣范南京工学院无线电工程系

一、引言介质波导作为毫米波直到光频段传输线得到了广泛的应用,因而对其传输特性的研究具有重要意义。关于色散特性的研究已有等效介电常数法、模式匹配法和有限元法。等效介电常数法与模式匹配法的主要难点是对于较复杂的结构要求冗... 详细信息

一、引言介质波导作为毫米波直到光频段传输线得到了广泛的应用,因而对其传输特性的研究具有重要意义。关于色散特性的研究已有等效介电常数法、模式匹配法和有限元法。等效介电常数法与模式匹配法的主要难点是对于较复杂的结构要求冗长的推导过程。而有限元法最终归结为线性代数方程组的求解,要得到高的精度,就必须增加方程组的阶数N,而计算量大约与N;成正比。本文提出的方法将横向谐振和等效介电常数限制在有限区域,区域的边界对应于导体屏蔽或奇对称面、偶对称面、开介质波导分别为理想电壁、磁壁及电抗壁,分析过程基于网络方法,因而具有推导过程简单,适用范围广、计算量小并具有一定精

关键词： microwawe theory dielectric waveguide dispersion millimeter wave propagation.

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