资源描述：
《介质光波导ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第二章介质光波导波导的概念来自于微波为了将微波约束在导体中，又要减少欧姆损耗用铜或银做成空心微波波导，在光传输中同样低损耗传输，用光波导的概念。2.1在界面上光的反射和折射1.几何光学的反射、折射定律、全反射临界角全反射临界角2.光波在界面上的反射和透射EiErEtq1q1q2EiErEtqiq1q23.全反射时相位的变化当为虚部r=exp(2jf)r=1当RTERR(0)TMqBq1qC0.70.9fTE入射角0.994古斯-汉欣位移在介质面上位相跃变可等效反射光线的位置，如图：d位移十分微小当l＝550nm，d=6nm-10nm这是难以观察到的。而穿透深度在10微米左右，当n2介
2、质层比它小时，有部分光将透射出去，这现象称为光学隧道效应。虚反射面侧面位移反射面d穿透深度§2.2平面光波导如图：波矢量分解yxz渐消场n2n1>n2入射波驻波波导的等效深度衬底包层2Ze12Ze2xe1xe2h按几何光学概念，凡是满足的光线均可在波导中低损耗传输。情况并非如此，只有某些分离的角的光线才能建起真正的有效传播。其模式将由光波导参数方程及电磁场方程及边界条件导出：即那些是可以传播的.这里可以从平面波简单理论得到相同的结果.如下图:一。平面光波导1.薄膜光波导模式的射线理论分析对平面波BB’,CC’同相位,可见由B到C,由B’到C’所经历的相位差为2p的整数倍.从B’--C
3、’没有反射,位相变化为k0n1B’C’从B—C经过上下两次的反射,其附加位相为2f2,2f3’光线1AA’BCdn1n2n3C’光线2B’D’Dq1产生的相位差为’光线1AA’BCdn2C’光线2B’D’Dq1m=0时为最低模,m=1,m=2其模式结构如图n2=n3n1m=0m=1m=2E对称平面光波导n1=n3上述的方程决定模式的特性与k0,cosq1,d,f2,l,f3有关.计算结果有如下特征：3)等效折射:对不同的模式来说,在光导波中反射的次数不同,若仅考虑波的前面方向上距离与时间的关系,可得为光线与此同时Z轴的夹角由全反射定率可得一个例子：以GaAlAs为衬底，镀一层1.0微
4、米厚的GaAs薄膜波导，当l＝1微米，n3=1.0,n1=3.50和n2=3.20,在其中只能传播TE0,TE1,TE2三个模式，它们的等效折射率分别为3.47，3.39，3.26，这三个模式对应的入射角为82.9，75.9，68.8，这些角度都比临界角66.1大,m=0基模是具有入射角，折射率接近大的，高阶模接近小的折射率2.非对称平面光波导和截止波长n1n2n3n1n2n3截止波长3.单模传输与模式数量在同一波中,TE模的截止波长最长,称基模.如果波导中,仅基波允许传输,称为单模传输,条件为单模传输条件破坏后,波导中可多模传输,其传播的模数为:从结果看:d大,n1,n2差别大,波
5、导中的模式多,TM,TE模之和为总模数.二。薄膜波导的波动理论分析对导波来说,场沿y方向不变;z方向按exp(-ibz)变化因此,只要满足x方向的关系即可.在不同区,场性质可满足试探解:X<0x>d区域,满足驻波解.其它为衰减。上式中由于三个区，玄姆赫兹方1程为由方程和边界由条件定。1234567n1n2n3bk0n1k0n2k0n3取虚数令波动方程场解为z方向的指数衰减函数。为衰减常数取复数波场z方向衰减（b)(c)3导波的特征方程在7个关系式中，最后两个可得该式也可写成将代入整理得称为特征方程当，方程的图解当，方程恒有解，无论d的大小当d→0，解的交点→θ2当d→增加时，可能有交
6、点，但必须在∥区域2pnd/l2f2q2q3qf2+f3fp/2f2f3也可以用ω―β图表示即：传播常数与相速的关系ωβneffk0：n3k0n2k0m=0123注：对条型光波导常见结构讨论需用到电磁波理论，射线光学不适用光纤通信的优点频带宽光频率（红外）1014Hz微波1010Hz单路电话占4*106Hz,光频可容纳3*108路尺寸小重量轻光纤芯10微米包层125微米抗电磁波干扰保密性强外界干扰进不去，内部光漏不出来，窃听必须破坏光纤，容易发现传输损耗低同轴电缆5－10db,光纤0.2db缺点:线路折断修复难，中继站需要供电。§2.3光纤传输原理1854年，就认识到光纤导光传播的基
7、本原理—全内反射。十九世纪二十年代，制成了无包层的玻璃光纤；二十世纪五十年代，用包层可以改善光纤特性，当时的主要目的是传输图像。1966年，英藉华人科学家高琨提出了发送光脉冲信号的概念，并进行了相关实验缺点：损耗大α~1000dB/km历史的回顾七十年代：随着光纤制造技术的突破，使损耗降低到~0.2dB/km（1.55μm附近）仅受瑞利散射损耗限制。1973年从理论上预言通过光纤的色散和非线性互作用可以产生光孤子；1980年从实验上获得了光孤子，将超短光脉
