平面介质光波导和耦合模理论

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1、浙江大学光电信息工程学系《集成光电子器件及设计》第二章平面介质光波导和耦合模理论浙江大学光电系：时尧成yaocheng@zju.edu.cn13732241781http://mypage.zju.edu.cn/yaocheng浙江大学光电系第二章平面介质光波导和耦合模理论2第二章平面介质光波导和耦合模理论•平面介质光波导（光波导理论）光波导的结构；平板光波导，条形光波导，阶跃折射率光波导，渐变折射率光波导；模式，导模，基底模，辐射模，传播常数；平板光波导中的TE模和TM模；yx条形光波导中的Emn模和Emn模；•耦合模理论模式耦合，平行耦合，

2、反向耦合的概念；平面介质光波导的耦合模微扰理论；导模之间的耦合，导模与辐射模之间的耦合；定向耦合器和分支Y波导；浙江大学光电系第二章平面介质光波导和耦合模理论3212.1平面介质光波导•2.1.1平面介波介质光波导概概述什么是集成光学？平面光波导概述•2.1.2平板光波导的分析方法射线光学法波动方程法•2.1.3条形光波导的分析方法马卡梯里法等效折射率法数值方法浙江大学光电系第二章平面介质光波导和耦合模理论4什么是集成光学？概念的提出•1969年美国贝尔实验室的Miller博士美国华裔科学家田柄耕假借集成电路的概念，对集成光学归纳了三条定义：（1）

3、光束能限制在光波导中传播；（2）利用光波导可以制成各种光波导器件；（3）将光波导和光波导器件集成起来可构成有特定功能的集成光路目前，“集成光学”的概念涵盖广泛的内容。从四个方面理解集成光学的概念：理论基础工艺基础主要目的主要应用•光纤通信•实现光学•光子计算机•光学•薄膜技术系统的薄膜化、微•光纤传感•光电子学•微电子工艺型化和集成化•光学信息处理等集成光学的分类个数集成按集成的方式划分功能集成光子集成回路（PIC）按集成的类型划分光电子集成回路（OEIC）单片集成按集成的技术途径划分混合集成导波光学按研究内容划分集成光路个数集成功能集成浙江大学光电系第

4、二章平面介质光波导和耦合模理论8集成电子学和集成光学电子学的发展过程：从真空管器件的真空电子学以晶体管为基础的固体电子学以集成电路为标志的集成电子学。光子学也将有类似的发展过程：多元化的各种类型的激光器、光电探测器，并将向以微纳光子器件及光子集成器件为标志的集成光学的方向发展。9集成电子学和集成光学•集成光学正经历着分立元件于集成电子学同样transistor的发展轨迹：radio–更小的单个器件。1954–更紧密的集成。集成光学芯片–更低成本的加工工艺。intel40041971–……IBMCELL200510纳米集成光学芯片但是……集成电路

5、（ElectronicIntegratedCircuits）。1958年发明↓60年代：导弹制导芯片，小规模集成电路70年代：计算器，中大规模集成电路集成光路（PhotonicInteggCratedCircuits）。1969年发明↓1995左右：商用AWG波复波分复用器为什么？11摩尔定律1965年，itlintel公司的GMG.Moore提出：CMOS芯片单位面积的三极管数量每24个月翻一倍。12光子学摩尔定律LaserPhotonicsRev.6,No.1,1–13(2012)13摩尔定律14集成电子学vs集成光学•集成电子学•集成光学–单

6、一材料：硅–许多不同种类且不兼容的材料：GaAs,InP,聚合物,LiNbO,...（并且他的氧化物SiO是32绝好的绝缘体）–许多不同的制作工艺配方。–许多基本元器件：激光器，探测–单一平台：CMOS器、调制器、滤波器...–单一基本元器件：三极管–不同公司单独推行自己的解决方–统一的ITRS路线图案。（由几家大的国际企业定–尺寸：几个μm几个cm制）–尺寸：10nm几个μmIBMCellProcessor15集成光学国际研究进展－理论、器件时域有限差传递矩阵法集成器件分法围绕新型集的结构和成光学器件性能模拟光束传播法有限元法的结构设计、功能模拟与

7、从基本原理入手，设计具有一理特性参数的定功能的光学器件论计算设计方法从功能角度出发，以提高器件研性能，减少器件损耗，或者使究器件性能具备特色基于固体物理学的基本理论和方法，研究基础和探讨制作微观集成光学器件的可能性理论研究基于波动光学的理论和方法，从导波光学的角度来研究集成光学器件高速响应、低啁啾、单稳频集成激光器光通信领域可调谐激光器器高速光调制器件集成光学传窄带响应可调谐集成光子探测器研究感器其他集成光混合集成光隔离器学器件光束偏转器极具前景光学光学双稳态材料、器件与集成的研究稳态材料器件与集成的研究—的研—光子计算机究方传感器的集成光学器件与性能的

8、研究向集成光学的基本单元：平面光波导（1）光束能限制在光波导中传播；（2）利用光