集成光学 第二章第2节 平板波导的射线光学理论
32页1、2.2.1光波导的分类光波导的分类(a)平板波导平板波导(slab waveguide)(b)条形波导条形波导(strip waveguide)(c)圆柱波导圆柱波导(cylindrical waveguide)2.2平板波导的射线光学理论平板波导的射线光学理论精选ppt平板波导平板波导精选ppt条形波导条形波导1.strip-loaded waveguide:(a)在在平平板板波波导导外外表表局局部部地地加加载载介介质质,加加载载介介质质局局部部的的波波导导的的等等效效折折射射率率会变大,这局部把光限制起来。会变大,这局部把光限制起来。(b)加加载载金金属属局局部部的的等等效效折折射射率率会会减减小小,在在空空气气覆覆盖盖层层局局部部将将起起到到波波导导功功能。能。2.ridge waveguide:首首先先在在衬衬底底外外表表上上,通通过过蒸蒸发发、溅溅射射、扩扩散散、外外延延生生长长等等方方法法制制作作平平板板波波导导,然后刻蚀除去多余局部。然后刻蚀除去多余局部。3.buried waveguide:通通过过选选择择性性的的扩扩散散、离离子子交交换换、离离子子注注入入、激激光光照
2、照射射等等方方法法,在在接接近近衬衬底底外表的地方形成高折射率的波导层。外表的地方形成高折射率的波导层。精选ppt圆柱波导光纤圆柱波导光纤单模:8 10mm多模:50mm125mm纤芯包层涂覆层护套层强度元件内护层光纤缆芯外护层精选ppt均匀平板波导的波导层折射率均匀平板波导的波导层折射率 衬底折射率衬底折射率 覆盖层折射率覆盖层折射率 都是常数。折射率都是常数。折射率 之间满足以下关系:之间满足以下关系:若波导属非对称型,相应存在两个临界角:一个是使光线在波导衬底界面若波导属非对称型,相应存在两个临界角:一个是使光线在波导衬底界面发生全内反射的发生全内反射的 另一个是使光线在波导覆盖层界面发生全内反射的另一个是使光线在波导覆盖层界面发生全内反射的 精选ppt精选ppt精选ppt2.2.2 用射线方法研究平板光波导的导模用射线方法研究平板光波导的导模1.波矢的横向分量波矢的横向分量 把波矢分解为平行于波导的分量相位常数为把波矢分解为平行于波导的分量相位常数为和垂直和垂直于波导的分量相位常数为于波导的分量相位常数为h,三者关系为:,三者关系为:精选ppt波波在在波波导导中中能能够够传传播
3、播的的必必要要条条件件是是,在在同同一一等等相相位位面面上上所所有有各各点点必必须须是是同同相相位位的的,即即光光线线1 1上上的的A A点点和和光光线线2 2上上的的C C点点及及光光线线2 2上上的的D D点点与与光光线线1 1上上的的B B点点都都处处于于同同一一等等相相位位面面上上,它它们们分分别别有有相相同同的的相相位位。因因此此,光光线线从从A A点点传传播播到到B B点点的的相相位位变变化化,与与光光线线从从C C点点传传播播到到D D点点的的相相位位变变化化之之差差,应应是是2 2的的整整数数倍倍。精选ppt2.横向共振横向共振(transverse resonance)平板波导中能形成导模的条件为平板波导中能形成导模的条件为3.本征模方程本征模方程称为平板波导的模方程(模式本征值方程),或平板称为平板波导的模方程(模式本征值方程),或平板波导的色散方程。波导的色散方程。对于对于TE波,本征值方程为波,本征值方程为精选ppt对于对于TM波,本征值方程为波,本征值方程为导模的传播常数导模的传播常数介于衬底和薄膜的波数之间,即介于衬底和薄膜的波数之间,即定义波导的有效模折射
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