平板波导几何光学分析ppt课件.ppt

《平板波导几何光学分析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、平板波导三维平面波导传输模式分析渐变折射率平面波导的传输模式分析电光、声光效应下的波导；定向耦合原理第一部分平面波导理论主要内容：（平板）波导基本分析方法模式、导模、截止概念导模场基本分布第一章平板波导X(折射率分布方向)Z(传输方向，无限远)薄膜层（波导层）（Y方向无限大）覆盖层（+X方向无限，Y方向无限）折射率n1折射率n2折射率n3Y平板波导是形式最简单的光波导，是波导光学的基本结构。衬底层（-X方向无限，Y方向无限）从物理量随着指标变化来看，平板波导只与X、Z两个指标波导。又可称平板波导为二维波导。设n1>n2n3n2

2、=n3－对称平板波导；n2n3－非对称平板波导；§1.1平板波导几何光学分析一、全反射分析光学Snell定律若，当，全反射临界角无折射－全反射设介质折射率n1>n2n3+=波导的n1、n2界面的全反射临界角波导的n1、n3界面的全反射临界角因为n2n3，所以C12C13•波导中光模式【模式：光场的存在】1、导模1>C12C13光沿Z方向有效传输。光能量被限制在n1中，沿X方向呈衰减。2、衬底辐射模C13<1<C12光能量有效进入衬底。光不能沿Z方向有效传输。3、辐射模1<C13<C12光能量有效进

3、入衬底、覆盖层。光不能沿Z方向有效传输。二、传播常数分析根据电磁场理论，光是电磁波，光电场、磁场强度可以写为：其中、－与空间坐标有关的振幅－波矢－波数。n-折射率－真空中的波数平板波导Y方向波矢分量=0其中、与Y无关（不随Y变化而变化）。推导：问题：波矢的意义？所以，平板波导1、导模（1）传播常数因为是导模，所以1>C12C13，定义：传播常数－薄膜层中，沿Z方向的波数。将代入而传播常数所以所以，导模传播常数满足又定义有效折射率导模根据电磁场理论－界面切线场连续，即在n1、n2界面两侧，以及n1、n3界面两侧沿Z方向的

4、传输行为相同，可以证明：可见，导模的传播参数β，就是波导各层中（相等的）沿传输方向的波矢分量（2）衬底和覆盖层中，导模光场随着X坐标变化分析覆盖层中k2x、k3x为纯虚数。所以，衬底中理解：令p为衬底中沿X方向的衰减系数。k2x、k3x为纯虚数意义：对于导模，在衬底、覆盖层中，随着x坐标变化（远离波导），光场作指数衰减：能量被限制在n1薄膜层及其表面，有效地沿Z方向传输。令q为覆盖层中沿X方向的衰减系数。注意：p、q为实数。在衬底，覆盖层，波导是无源的，随着X坐标变化只能是衰减。所以，p、q分别为衬底、覆盖层中衰减系数。2、衬底

5、辐射模因为C13<1<C12,所以sinC13

6、1所以n1k0sin1

7、点，以及n1、n2界面A2点，在X方向往返一周，A2与A的相位差，应该为2mn1中，波数为k0n1，X方向的波数分量(横向相位常数)C’AA’A’C从横截面看光线①②C’横截面A-C横截面A’-C’对导模，横截面上光线往返一周，分布应该不变（稳定）从A到A2在X方向的相位差应该为考虑到n1、n2以及n1、n3界面全反射相移，横向谐振条件【又称导模特征方程、色散方程】：其中，m＝0，1，2，－模阶数212、213是n1、n2以及n1、n3界面全反射相移。对于平板波导，可以证明导模存在两种基本模式：(1)TE模只存在Ey、H

8、x、Hz分量(2)TM模只存在Hy、Ex、Ez分量EyHxHzHyExEz根据物理光学菲涅尔反射公式，全反射相移TETM（一）横向谐振条件分析1、导模的1取分离值，即1仅满足全反射1>C12并非全是导模，只有满足横向谐振条件的1对应的模式才是导模。2、