第二章集成光子学平面介质光波导和ppt课件.ppt

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1、第2章平面介质光波导和耦合模理论深圳大学光电工程学院柴广跃2.1平面光波导的射线光学分析2.2平面光波导的波导方程分析2.2.1TE模的场方程及传播模式2.2.2TM模的场方程及传播模式2.3有损光波导2.4条形光波导的波导方程分析2.4.1模2.4.2模2.5耦合模理论2.5.1模式耦合2.5.2平面光波导的耦合模微扰理论2.5.3导模之间的耦合2.5.4导模与辐射模之间的耦合2.5.5光波导的激励目录第2章平面介质光波导和耦合模理论平板光波导（仅在x方向具有折射率差）条形光波导（在x、y方向均具有折射率差）RidgewaveguidStriploade

2、dwaveguidBuriedwaveguid2.1平面光波导的射线光学分析Snell定律2.1.1光的全反射现象2.1.4--全反射临界角反射光的Fresnel定律2.1.42.1.5当时，振幅反射率均为实数，即：一部分反射，一部分折射当时，rp=1,即：对P型偏振光，只存在反射波，不存在透射波入射波为线偏振光，---入射光电场矢量偏振面与入射面的夹角光从空气入射到到普通玻璃时反射率R随入射角的变化曲线反射率与1入射光的偏振态，2入射角，3折射率差有关无损耗介质：有损耗介质：何种光可以方可在光波导中传输（纵模）？光场在光波导截面中的能量分布（横模）？分

3、布对光波导性能的影响？模式之间的关系？相邻光波导之间的关系？同上吸收系数的物理起因与分析---非对称波导---对称波导非对称波导传导模条件为辐射模？传导模？传导条件衬底芯层覆盖层（包层）传导模辐射模自由空间传输的平面波与波导中传播的平面波在波导中传播的波为锯齿状，可分解为沿Z方向传播的行波和沿X方向传播的驻波定义：沿Z方向的导模传播常数为β---在折射率n1的自由空间沿Z方向传播的电磁波的波矢量分量（传播常数）真空波矢量折射率为n1介质均匀介质中电磁波的传输波导中传导模电磁波的传输衬底芯层包层2、平面光波导的模式及传播常数β是连续的，还是分离的？？？si

4、n1sins≥sinc芯层包层芯层包层衬底带入Z方向---行波---传播常数β全反射条件：入射角大于等于全反射角包层辐射模导模衬底辐射模x方向---驻波—模式m—特征方程驻波条件定义d2.2.242.2.23m=0,1,2,,zβ只能取分离值，每个β对应一个模式x特征方程对结构参数一定的波导，给定的m对应于特定的分离的1(m)，对应着分离的导模传导常数β每个β对应着一个传导模式存在多个模式的波导--多模波导仅能存在一个模式的波导--单模波导单模只能是模号最低的传导模式--基模2.

5、2.23波导的结构参数？结论：纵模？横模某个传导模式在光波导Z方向的能量分布形式某个传导模式在光波导X方向的能量分布形式传导模？光波导中满足特征方程决定条件的光波形式m=00k0n1,场随x绝对值的增大而增大，不存在，无解基模的能量最集中！！！3、导模截止波长及单模传输条件思路：由特征方程可知，k，m不变，1导模截止波长c定义：该模式最大的传导模波长；由导模变为泄露模非对称平板光波导的截止波长结论3：对称平板光波导的基模不截止导模截止条件推导思路：将截止条件1=c带入特征方程截止时，对称平板光波导的截止波

6、长结论1：传导模的条件为<c；c对应的β为该模式的βmax，对应的模式叫主模结论2：c与波导的结构参数有关关于的讨论可能存在多个解，每个解对用于一个导波，称为一个本征模。波导中允许一组离散的本征模存在，用模数m代表每个本征模，模号m=0、1、2、3、、、，m=0叫基模，较小的叫低阶模，m较大的叫高阶模，只传输一个模式叫单模波导中可能存在的m数与波导厚度d、折射率差△有关，它们越大，存在的模数数量越多；△较小的称为弱波导截止波长：对应的波长为截止波长，对应的模式称为主模；比截止波长长的部分光波将就进入截止区不能传输；每个模式都有自己的截止波长。单

7、模传输：仅能在波导中传输主模。其条件为：在波导中传输的光波波长比基模截止波长短，又比1阶模式的截止波长长对称平板波导的参数---数值孔径N.A和相对折射率差△临界全反射光线--=0③全反射光线--<0②泄露光线-->00入射临界角1全反射角N.A和△意义光纤对光场的约束能力光纤端面最大接收角的正弦2.2平板光波导的波动方程分析2.2.0波导方程的推导思路2.2.1TE模的场方程及传播模式2.2.2TM模的场方程及传播模式2.2.0波导方程的推导思路麦克斯韦方程组H-磁场强度，E-电场强度B-磁感应强度，D-电位移矢量-电荷密度，J-电流密度2.

8、2.0.1电荷守恒定律2.2.0.2物质方程2.2.0.3P-媒质