研究目的
研究平面介质矩形波导中涡旋模式传播的可能性，并优化波导几何结构以支持涡旋模式。
研究成果
研究表明，矩形波导能够支持具有高轨道角动量纯度的第一方位角阶涡旋模式，但更高阶模式需要特定的相位匹配条件且纯度较低。该发现表明其在基于轨道角动量的集成光子电路通信系统中具有潜在应用价值。
研究不足
该研究仅限于平面介质矩形波导，未探讨其他波导几何结构。解析模型为近似模型，在高折射率对比度波导中准确性会降低。更高方位角阶数的涡旋模式需要更复杂的相位匹配，且呈现更低的轨道角动量纯度。
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矩形介质波导中涡旋模式传播的建模与优化
DOI：10.1109/jphot.2019.2958273
期刊：IEEE Photonics Journal
出版年份：2020
更新时间：2025-09-16 10:30:52
摘要：
我们通过解析和数值方法研究了平面介质矩形波导中涡旋模式传播的可能性，并探讨了支持涡旋模式的波导几何结构优化问题。结果表明：理论上矩形波导能够在主导场分量中实现具有高纯度轨道角动量（OAM）态的准TE和准TM模式传输。但仅当方位角阶数为±1的准简并模式时，其组成本征模才能以相位匹配方式传播；更高方位角阶数的涡旋模式仅能以特定拍长传播。此外，随着目标方位角阶数增加，模态叠加中对应OAM态的归一化功率会降低。通过氮化硅波导的电磁数值模拟验证了解析预测，获得了相应模态叠加的场分布及OAM光谱。
作者：
Vladimir S. Lyubopytov，Ruslan V. Kutluyarov，Valeriy K. Bagmanov，Niels Neumann，Albert K. Sultanov
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