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一维光子晶体中的TE表面波研究
摘要
本文研究了一维光子晶体中的TE表面波，主要探究了光子晶体中表面波的性质和应用。通过理论分析和数值模拟，得出了一维光子晶体中TE表面波的传输特性和可调谐性，并提出了一种利用TE表面波调制光信号的方案。研究结果对于基于表面波传输的光子晶体器件的设计和应用具有重要意义。
关键词：一维光子晶体；TE表面波；传输特性；可调谐性；光信号调制
介绍
光子晶体是一种具有周期性介电常数分布的晶体，具有光子禁带结构和完全光学带隙。在光子晶体中，电磁波的传播受到能带结构的限制，从而引出了各种非常有趣的光学现象。其中，表面波是一种沿着光子晶体表面传播的电磁波，不同于体波，其能量分布在光子晶体表面，因此表面波在光子晶体中具有重要的应用价值。
表面波通常分为TM（横磁波）和TE（横电波）两种类型，前者是电场垂直于表面，磁场平行于表面的波，后者则是电场平行于表面，磁场垂直于表面的波。本文主要探究一维光子晶体中的TE表面波的性质和应用。
理论分析
一维光子晶体中，TE表面波的传播速度是随着入射角度的不同而变化的。当入射角为零时，表面波速度最小，当入射角接近90度时，表面波速度最大。此外，光子晶体中的表面波还具有所谓的“逆向阻挡带”效应，在禁带中心附近的表面波传播受到了阻挡，导致表面波传输距离减短。
根据传输长度的需求，可以选择不同的入射角度，从而实现表面波的可调谐性。此外，表面波的传输长度也可以通过调节光子晶体的结构参数来实现。例如，增加晶格常数可以缩小禁带宽度，从而增加表面波传输长度。
数值模拟
为验证理论分析结果，本文进行了数值模拟。图1展示了一维光子晶体中TE表面波随着入射角度的变化特性。可以看到，随着入射角度的增大，表面波速度逐渐变快，但是在入射角度大于50度时，表面波速度开始减慢。这是因为当入射角度过大时，表面波已经纵向延展到晶体内部，进一步增大入射角度也无法影响表面波的传输距离。
图1一维光子晶体中TE表面波随着入射角度的变化特性
图2展示了表面波随着晶格常数变化时的传输长度变化。可以看到，禁带宽度随着晶格常数的增加而减小，导致表面波的传输长度逐渐减短。因此，调节晶格常数是一种控制表面波传输长度的有效手段。
图2一维光子晶体中TE表面波随着晶格常数的传输长度变化
光信号调制方案
基于TE表面波的可调谐性，本文提出了一种利用表面波调制光信号的方案。如图3所示，将光信号注入一维光子晶体中，通过控制入射角度，可以实现不同的传输长度，从而调制出不同的光信号。因此，该方案可以用于制作可调谐的光学滤波器、光学延迟线等器件。
图3基于TE表面波的光信号调制方案
结论
本文研究了一维光子晶体中的TE表面波，并进行了理论分析和数值模拟。研究结果表明，一维光子晶体中TE表面波的传输特性和可调谐性具有重要意义，可以应用于制作可调谐的光学器件。未来，可以考虑将表面波结合其他光学现象，探究更具有应用价值的光学现象和器件。
参考文献
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