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arXiv 2609.05052physics.optics

介质光栅中传播常数的界

Bounds on Propagation Constants in Dielectric Gratings

Ehsan Faghihifar

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中文总结 AI 辅助

该研究针对无损耗介质衍射光栅,从完全耦合矢量本征问题的傅里叶级数表述出发,分别推导了正则模式和幽灵模式归一化纵向传播常数的解析界,为相关模式分析提供了理论依据。

中文摘要 AI 辅助

我们建立了无损耗介质衍射光栅中模式的归一化纵向传播常数β=k_z/k_0的解析界。若ε_max表示最大相对介电常数,我们证明尽管不存在标量色散关系,正则模式(β²∈ℝ)满足β²≤ε_max;进一步证明,由相关本征问题的非厄米性质所允许的所谓幽灵模式(β²∉ℝ)满足|Re(β)|≤√ε_max/2。这两个界均直接从完全耦合矢量本征问题的傅里叶级数表述得到。

英文摘要

We establish analytical bounds on the normalized longitudinal propagation constants $β=k_z/k_0$ of modes in lossless dielectric diffraction gratings. If $ε_{\max}$ denotes the maximum relative permittivity, we show that regular modes ($β^2\in\mathbb{R}$) satisfy $β^2\leε_{\max}$ despite the lack of a scalar dispersion relation. We further show that the so-called ghost modes ($β^2\notin\mathbb{R}$), admitted by the non-Hermitian nature of the associated eigenproblem, satisfy $|\mathrm{Re}(β)|\le\sqrt{ε_{\max}}/2$. Both bounds are obtained directly from the Fourier-series formulation of the fully coupled vectorial eigenproblem.

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