光波导理论与技术
光波导
1.集成光学：1)按集成的方式划分：个数集成和功能集成;2）按集成的类型划分：光子集成回路（PIC ）和光电子集成回路（OEIC ）；3）按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成；按研究内容划分：导波光学和集成光路。
2.纤维光学（圆波导）和集成光学（平板波导、条形波导）是导波光学的两大分支。
3.传播常数β和有效折射率N=β/k 0=n 1sinθ是研究平板波导的重要参数。
4.平板波导的两种基本模式：TE 模：E y ，H x ，H z ；TM 模：H y ，E x ，E z 。
5.对称平板光波导中，基模无论如何都不截止；非对称的基模可能截止。
6.对于非对称波导，随着波长的增大，波导层厚度的减小，同阶数的TM 模先截止；对于对称波导，同阶数的TE 和TM 模一起截止。
7、一个平板光波导的波导层、衬底层和覆盖层折射率分别为1n 、2n 和3n ，若在波长λ下保持单模传输，波导层的厚度d 应在什么范围内选取？
答案：单模传输的前提条件是非对称波导。 截止厚度计算式()()TE TE c TM TM c m d n n m d n n 22122212arctan 2arctan 2παλππαλπ???+???=?-?????+?
??=?-? 其中TE TM n n n n n n n n n n 2223221242223122312αα?-=?-????-?= ??-??? 所以TE c n n n n d n n 0222322122212arctan 2λπ??- ? ?-??=-，TE c n n n n d n n 1222322122212
arctan 2λππ????-??+ ? ?-??????=-， TM c n n n n n n d n n 0222231223122212
arctan 2λπ????-?? ?-??????=- 单模传输条件TE TE c c TM c d d d d d 01
0?<
因为TE TM c c
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2312
322223121222221212arctan arctan 22λλππ??????--?? ? ? ?--????????<<--
8、一个平板光波导的波导层、衬底层和覆盖层折射率分别为1n 、2n 和3n ，波导层的厚度为d ，若只让0TE 模传输，波长λ应在什么范围内选取？
答案：单模传输的前提条件是非对称波导。
截止厚度计算式()()
TE c TE TM c TM d n n m d n n m 221222122arctan 2arctan πλπαπλπα?-?=?+??-?=?+?? 其中TE TM n n n n n n n n n n 2223221242223122
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单模传输条件TE TE c c TM c
10λλλλλ?<?? 因为TM TE c c 00λλ<并且TM TE c c 01λλ<
所以波导层厚度的取值范围为TM TE c
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?? 9.TE 模和TM 模的波动方程（亥姆霍兹方程）分别为：()0E E 222022=-+??y y n k x
β和()0222022=-+??y y H n k x H β 10.TE 模的模式本征方程： ；TM 模的模式本征方程：
()2tan 1p q hd pq h h +=??- ???()22112223221
12223tan 1n p n q n h n h hd n p n q n h n h +=-222302*********q n k h n k p n k βββ?=-??=-??=-??
11.两种分析矩形波导的方法：1）马卡梯里近似解法；2）有效折射率法。
12.E y 12和E y 22典型的电场分布如下：
13.E mn x 模波动方程： ，其中
14.对于y 方向的平板波导，马卡梯里近似解法和有效折射率法的方程以及参数是完全相同的；对于x 方向的平板波导，两种方法的方程相同，唯一的不同在于波导区的折射率，马卡梯里近似解法的波导区折射率为n 1，而有效折射率法的波导区折射率为n eff =βy /k 0.
15.无论E mn x 模还是E mn y 模，有效折射率法计算得到的传播常数近似值大于马卡梯里近似解法的计算结果。
16.用扩散、离子交换和离子注入（三种常用的掺杂方法）等技术能制作渐变折射率平板光波导，因光线在其中沿“弧形曲线”前进，故能避免因界面不规则引起的散射损耗。
17.阶跃非对称渐变折射率平板光波导的横向谐振条件：光线在相邻两个全反射点（或拐点）之间的x 向相位变化为2m π。（m=0,1,2……）
18.对于强非对称（n 1>>n 3）渐变折射率平板光波导，常将模式本征方程写为
19.集成光路有以下两种基本形式：混合集成光路和单片集成光路。
20.集成光路目前存在的最大困难：电学器件和光学器件的兼容性。
21.光波导的制备有两个基本条件：波导层与周围介质有一定的折射率差，且波导层折射率较大，以形成波导；波导层对所要传输的光透明，即损耗小。
22.光波导的制作方法：薄膜沉积；物理气相沉积：溅射镀膜；化学气相沉积；溶液沉积；替位式掺杂；降低载流子浓度形成波导；外延生长：液相外延法（LPE ）、气相外延法（VPE ）、分子束外延（MBE)、金属有机化学气相沉积（MOCVD ）。 23.溅射法制作波导的原理：溅射镀膜是利用电场对辉光放电过程中产生出来的带电离子进行加速，使其获得一定的动能后，轰击靶电极，将靶电极的原子溅射出来，沉积到衬底形成薄膜。
24.波导损耗的三种表示方式：功率衰减系数；分贝（dB ）；奈培（Np ）。 25.分贝损耗系数 与线性坐标系中损耗系数α之间的关系： = -4.343α 26.
()222220220x x x E E n k E x y β??++-=??2222210x y n k βββ=+-()()
102220130,1,24
x k n x dx m m πβπ-=+=????dB cm αdB cm α()()mW 2mW 121ln ln Np cm P z P z z z αα????-????
==--()()2121dBm dBm dB cm P z P z z z α-=-
27.光波导的散射损耗有两种：体散射（次要的）和表面散射（主要的）。吸收损耗包括两种：带间吸收和带内吸收（也称自由载流子吸收）。
28.减小带间吸收损耗的两种方法：将第三种元素加进二元化合物形成带宽较宽的三元系化合物；采用一种发射波长比波导材料吸收边对应波长更长的激光器。
29.LiNO 3波导主要损耗：散射损耗；半导体波导主要损耗：吸收损耗；辐射损耗主要在弯曲波导。
30.功率损耗系数有简单的表达式： =C 1exp （-C 2R ）：曲率半径R 越小，弯曲辐射损耗越严重。
31.波导弯曲损耗可分为以下两种类型：光波在波导弯曲处部分地辐射到周围空间中引起的辐射损耗；光波从直波导进入弯曲波导时因耦合而转换为其他导模所引起的模式耦合损耗。弯曲波导功率损耗的主要原因：弯曲波导外侧波导光的相速度大于内侧波导光的相速度，所以在大于弯曲波导半径部分的光波，在半径方向上存在着辐射损耗；弯曲部分入口处的场分布不匹配，使入射光的部分功率辐射进衬底造成功率损耗。
32.光耦合器的基本性质是它的耦合效率和模式选择性。
33.横向耦合的两种：直接聚焦：平行端接耦合。 34.耦合波方程： 和 35.耦合长度： ，Δ=（β1-β2）/2 36.求耦合长度的方法：方法一：分别求解两个波导的场分布，然后计算得到耦合系数，再根据耦合系数计算得到耦合长度。方法二：将定向耦合器作为一个波导系统，求解其本征方程得到对称模和反对称模的传播常数βs 和βa ；再根据公式 L c =π/(βs -βa )计算得到耦合长度。
37.阶数越大的模式，耦合系数越小。
38.实现光波调制的两种方式：利用调制信号直接控制激光器的振荡参数，使输出激光束的特性随信号而变，称为内调制；利用调制信号作用于激光器外部独立的调制器，产生某种物理效应（如电光、磁光、声光、热光、非线性等效应），使通过调制器的激光束某一个参量随信号而变，称为外调制。
39.LiNbO3电光相位调制器的工作原理：当电极上施加调制电压时，波导折射率因电光效应发生改变，因而光导波通过电极区后其相位随调制电压而改变。为了实现单模传输，对于基模，要高于截止点；而对于一阶模，要低于截止点。
40.声光效应的本质：声波传播时，媒质的密度及应变发生正弦形的扰动，因而折射率沿声波传播距离周期性地改变，成为一种相位光栅，使入射的光波在通过相位光栅时发生衍射。 41. ，Q<<1时，为拉曼-奈斯衍射；Q>>1时，为布拉格衍射。 42.拉曼-奈斯衍射和布拉格衍射的区别：前者声波频率较低，声波束宽度（即声光相互作用长度）较小，入射光线与超声波面垂直，产生对称分布的多级衍射条纹，衍射效率低；后者超声波频率较高，声光作用区较长，光线与超声波面有一定角度斜入射时发生的，衍射光强分布不对称，而且只有零级和+1或-1级衍射光，衍射效率高。
43.布拉格衍射产生的条件：三条：不同-同一；同一-相邻；不同-相邻。
44.声光调制的工作原理：声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。调制信号是以电信号(调辐)形式作用于电-声换能器上，电-声换能器将相应的电信号转化为变化的超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作dB cm α()()()121122i z A z A z e z ββκ--?=?()()()122211i z A z A z e z ββκ-?=?222c c L πκ=+?
Q L 22λπ=Λ
用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。
45.调制带宽是声光调制器的一个重要参量，它是衡量能否无畸变地传输信息的一个技术指标。
46.声光偏转器的结构与布拉格声光调制器基本相同，所不同之处在于声光调制器是改变衍射光的强度，而声光偏转器则是利用改变声波频率来改变衍射光的方向，使之发生偏转。
47.磁光效应主要包括：法拉第效应（线偏振光透过放置在磁场中的物质，沿磁场方向传播时，光的偏振面发生旋转）；科顿-穆顿效应（当光的传播方向与磁场垂直时，光矢量平行于磁场方向的线偏振光的相速不同于光矢量垂直于磁场方向的线偏振光的相速而产生双折射现象）；磁致二向色性效应。
48.三种典型的非互易磁光波导器件：隔离器：只允许光波单向传输；回转器：使正向和反向传播的光波产生π的相位差；环行器：光波只能沿着光环路的一个特定方向传播。
49.光隔离器是一种只允许光沿一个方向通过而在相反方向阻挡光通过的光无源器件，例如：半导体激光器、光纤放大器。
50.半导体激光器的工作原理：是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
51.产生粒子数反转的方法：注入载流子－半导体激光器；强光对激光物质进行照射－固体激光器；气体电离－气体激光器。
52.产生激光的必要条件：1）受激辐射占主导地位；2）粒子数反转分布；3）有光学谐振腔。
53.半导体激光器的效率随着温度的上升而下降，这是因为存在以下两个效应：第一，吸收增加；第二，量子效率（ηq）下降。产生后一种效应是因为当温度升高时，热激发使电子和空穴的能量分布扩展到较宽范围，于是对于给定的任一注入输入电流，具有适当能量间隔的对受激辐射起作用的电子-空穴对就较少。同样的这两个效应，将造成产生激光所需阈值电流密度的增大。显然，若输入电流密度给定，由于这两个效应，输出功率也将随着温度的上升而下降。
54.异质结激光器具有很好的性能，主要是由于光场限制和更有效的载流子注入与复合这两者的联合效应。
55.DFB激光器波长的稳定性较好，因为光栅能够锁定激光器输出给定的波长。
56.PIN光电二极管的工作原理：中间的I层是N型掺杂浓度很低的本征半导体，用Π(N)表示；两侧是掺杂浓度很高的P型和N型半导体，用P+和N+表示。I
层很厚，吸收系数很小，入射光很容易进入材料内部被充分吸收而产生大量电子- 空穴对，因而大幅度提高了光电转换效率。两侧P+层和N+层很薄，吸收入射光的比例很小，I层几乎占据整个耗尽层，因而光生电流中漂移分量占支配地位，从而大大提高了响应速度。另外，可通过控制耗尽层的宽度w，来改变器件的响应速度。
57.APD雪崩光电二极管的工作原理：根据光电效应，当光入射到PN结时，光子被吸收而产生电子- 空穴对。如果电压增加到使电场达到200 kV/cm以上，初始电子(一次电子)在高电场区获得足够能量而加速运动。高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子- 空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。
光波导理论与技术 大学课件
光波导理论与技术大学课件 06 年复习题 x E y x t Ay cos t1. 已知一平面电磁波的电场表达式为 c ， 写出与之相联系的磁场表达式。(提示:利用麦克斯韦尔方程，注意平面波的特点) 2E 1 2E2. 证明平面电磁波公式 E A cost kx 是波动微分方程 0 的解。 x 2 v 2 t 23. 在直角坐标系任意方向上以角频率传播的平面波为 E A exp j t k r ，根据波动方程 2 2E ，导出用角频率、电容率、导磁率0 表示平面波的传 E 0 2 0 播常数 k。 t4. ?璧ド矫娌ㄓ?E A exp j t kz 表示，求用电容率、导磁率0 表 示的该平面波传播速度。(提示:考虑等相位面的传播速度)5. 用文字和公式说明电磁场的边界条件。6. 设时变电磁场为 A xt A x sin ωt ，写出该电磁场的复振 幅表示式，它是时间的函数还是空间的函数,7. 分别写出麦克斯韦尔方程组和波动方程的时域与频域的表达式。8. 说明平面波的特点和产生的条件。9. 写出平面波在下列情况下的传播常数或传播速度表示式: 1 沿任意方向的传播速度; 2 在折射率为 n 的介质中的传播常数; 3 波矢方向与直角坐标系 z 轴一致的传播常数。10. 平面波波动方程的解如下式，说明等式右边两项中正负号和参数 k 的物理意义。 E x z ， t E e j t kz E e j t kz11. 说明制成波片材料的结构特点，如何使波片成为 1/4 波片和 1/2 波片12. 如果要将偏光轴偏离 x 轴度的线偏振光转变 成 x 偏振光，应将/2 波片的主轴设定为偏离 x 轴多大角度13. 什么是布儒斯特 起偏角,产生的条件是什么14. 光波在界面反射时，什么情况下会产生半波损失15. 如何利用全反射使线偏振光变成园偏振光,16. 什么是消逝波,产生消逝波的条件是什么,17. 什么是相位梯度,它与光波的传输方向以及介质折射率是什么关系,18. 在非均匀介质中如何表示折射率与光线传播方向的关系,19. 光纤的数值孔径表示 什么,如何确定它的大小20. 在下列情况下，计算光纤数值孔径和允许的最大入射 角(光纤端面外介质折射率n1.00): 1 阶跃折射率塑料光纤，其纤芯折射率 n1
光波导的理论以及制备方法介绍
光波导的理论以及制备方法介绍 摘要 由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。 光波导的研究条件与当前科技的飞速发展是密不可分的，随着技术的发展，新的制备方法不断产生，从而形成了各种各样的制备方法，如离子注入法、外延生长法、化学气相沉淀法、溅射法、溶胶凝胶法等。重点介绍离子注入法。 光波导简介如图所示为光波导结构 图表1光波导结构 如图中共有三层平面相层叠的光学介质，其对应折射率n0,n1,n2。其中白色曲折线表示光的传播路径形式。可以看出，这是依靠全反射原理使光线限制在一层薄薄的介质中传播，这就是光波导的基本原理。为了形成全反射，图中要求n1>n0,n2。 一般来讲，被限制的方向微米量级的尺度。 图表2光波导模型 如图2所示，选择适当的角度θ（为了有更好的选择空间，一般可以通过调整三层介质的折射率来取得合适的取值），则可以将光线限制在波导区域传播。 光波导具有的特点光波导可以用于限制光线传播光路，由于本身其尺寸在微米量级，就使得其有很多较好的特点： （1）光密度大大增强 光波导的尺寸量级是微米量级，这样就使得光斑从平方毫米尺度到平方微米尺度光密度增大104—106倍。 （2）光的衍射被限制 从前面可以看出，图示的光波导已经将光波限制在平面区域内，后面会提到稍微变动一下技
术就可以做成条形光波导了，这样就把光波限制在一维条形区域传播，这就限制了光波的衍射，有一维限制（一个方向），二维限制（两个方向）区分（注：此处“一维”与“二维”的说法并不是专业术语，仅仅指光的传播方向的空间自由度，不与此研究专业领域的说法相混同）。 （3）微型元件集成化 微米量级的尺寸集成度高，相应的成本降低 （4）某些特性最优化 非线性倍频阈值降低，波导激光阈值降低 综上所述，光波导本身的尺寸优势使得其有很好的研究前景以及广泛的应用范围。 光波导的分类一般来讲，光波导可以分为以下几个大类别： 图表3平面波导（planar） 图表4光纤（fiber）
北邮博士研究生招生参考书目
北京邮电大学2011年博士研究生招生参考书目 1101英语（无参考书目） 2201概率论与随机过程 1、《概率论·数理统计·随机过程》（第1～5章，第10～12章），胡细宝、孙洪祥、王丽霞，北京邮电大学出版社（第1版） 2、《随机过程》孙洪祥，机械工业出版社，2008 3、《概率论与随机过程》王玉孝,孙洪祥，北京邮电大学出版社，2005 2202数值分析 1、《数值分析（第5版）》李庆杨等，清华大学出版社，2010年 2、《数值分析基础》关治等，高等教育出版社 1999年 3、《高等数值分析》蔡大用、白峰杉，清华大学出版社 2000年 2203高等代数 1、《高等代数》（第二版）北京大学数学系几何与代数教研室代数小组编，高等教育出版社 2、《线性代数》（第二版）居余马等编，清华大学出版社 2204数学物理方法 1、《数学物理方法》（第2版）郭玉翠编着，清华大学出版社，2006年12月。 2、《数学物理方法学习指导》（第1版）郭玉翠编着，清华大学出版社，2006年2月。 3、《数学物理方法》（第2版）梁昆淼编，高等教育出版社，1978年7月。 4、《矢量分析与场论》（第二版）谢树艺编，高等教育出版社，1985年3月。 2205近世代数 1、《近世代数及其应用(第二版)》阮传概，孙伟，北京邮电大学出版社，2005年。
2、《近世代数基础》张禾瑞，高等教育出版社，2006年 3、《应用近世代数(第二版)》胡冠章，清华大学出版社，2004年。 2206离散数学 1、《Discrete Mathematics and its Applications》第6版，K.H.Rosen，机械工业出版社，2008年。 2、《Applications of Discrete Mathematics》（Updated Edition） John G. Michaels，Kenneth H. Rosen，McGraw-Hill Companies, Inc，2007。 3、《离散数学结构》第五版，Bernard Kolman, Robert C. Busby, Sharon Cutler Ross，高等教育出版社2005年。 4、《离散数学》陈崇昕等，北京邮电大学出版社，1992年 5、《数理逻辑与集合论》（第2版）石纯一等，清华大学出版社，2000年 6、《图论与代数结构》戴一奇等，清华大学出版社，2003年 2207数理统计 1、《概率论与数理统计》盛骤等编，高等教育出版社。 2、《数理统计》赵选民等编，科学出版社。 3、《概率论与数理统计习题解析》姜炳麟等编，北京邮电大学出版社。 3301现代控制理论 《现代控制理论》刘豹，机械工业出版社，1999年5月第2版。 3302机器人技术 1、《机器人学》（第二版）蔡自兴，清华大学出版社，2009年9月 2、《机器人学基础》蔡自兴，机械工业出版社，2009年5月 3303电接触理论与应用
《光波导理论与技术 李玉权版》第一、二章
——自学《光波导理论与技术李玉权版》笔记 第1章绪论 (2) 1.1 光通信技术 (2) 1.2 光通信的发展过程 (2) 1.3 光通信关键技术 (3) 1.3.1 光纤 (3) 1.3.2 光源和光发送机 (5) 第2章电磁场理论基础 (7) 2.1 电磁场基本方程 (7) 2.1.1 麦克斯韦方程组 (7) 2.1.2 电磁场边界条件 (8) 2.1.3 波动方程和亥姆霍兹方程 (10) 2.1.4 柱型波导中的场方程 (11) 2.2 各向同性媒质中的平面电磁波 (13) 2.2.1 无界均匀媒质中的均匀电磁波 (13) 2.2.2 平面电磁波的偏振状态 (13) 2.2.3 平面波的反射和折射 (15) 2.2.4 非理想媒质中的平面电磁波 (16) 2.3 各向异性媒质中的平面电磁波 (18) 2.3.1 电各向异性媒质 (18) 2.3.2 电各向异性媒质中的平面波 (18) 2.4 电磁波理论的短波长极限——几何光学理论 (22) 2.4.1 几何光学的基本方程——eikonal方程 (22) 2.4.2 光线传播的路径方程 (24) 2.4.3 路径方程解的两个特例 (25) 2.4.4 折射定律与反射定律 (28)
第1章 绪论 1.1 光通信技术 光通信的主要优势表现在以下几个方面： （1） 巨大的传输带宽 石英光纤的工作频率为0.8~1.65m μ ，单根光纤的可用频带几乎达到了200THz 。即便是在1.55m μ 附近的低损耗窗口，其带宽也超过了15THz 。 （2） 极低的传输损耗 目前工业制造的光纤载1.3m μ 附近，其损耗在0.3~0.4dB/km 范围以内，在 1.55m μ波段已降至0.2/dB km 以下。 （3） 光纤通信可抗强电磁干扰，不向外辐射电磁波，这样就提高了这种通信手 段的保密性，同时也不会产生电磁污染。 1.2 光通信的发展过程
平面光波导原理(理论)
平面光波导分路器工作原理简介The operating principle of Planar Lightwave Circuit (PLC) splitter 专业2009-12-27 10:55:40 阅读10 评论1 字号：大中小订阅 分路器作为FTTx网络的核心部件，其在无源光网络(Passive Optical Network, PON)的一个典型应用表现在以下两个方面： 1.作为下行光信号(1490nm和1550nm)的功率分配器(Power splitter)使用 2.作为上行光信号(1310nm)的合束器(Combiner)使用 详细的组网形式不是这里的讨论重点，读者可以参考相关专著(如Gerd Keiser的《FTTX Concepts and Applications》)。这里主要讨论的是分路器的工作原理和性能。 目前市场上主流的分路器主要基于两种技术形式：熔融拉锥型(Fused Biconical Taper, FBT)和平面光波导(PLC)型。同样的，两种技术形式孰优孰劣，这里不作评论。无论基于何种技术形式的分路器，都是基于1 x 2基本结构的级联而成。FBT的1 x 2结构是一耦合器，而PLC的是一Y分支结构。这个看似简单的Y分支构件，其实并不简单，因为分路器的性能优劣很大程度上就是由它决定的。如何设计一个性能优异的Y分支结构属于技术机密(Classified technology)，这里不便讨论。这里仅就基于平面光波导技术的一个Y分支结构的分路器，即1 x 2分路器的工作原理作一简介。其实也就是从物理本质上粗略地解释为什么1 x 2分路器无论是上行，还是下行信号，其插入损耗都是3 dB。 1 x 2分路器的功能结构可以用图1(a)的框图来表示：一个单模输入波导，两个单模输出波导。中间用来分束的结构有很多种，这里只给出了3种结构：图1(b)的定向耦合器型(Directional Coupler, DC)，图1(c)的无间距定向耦合器型(Zero-Gap Directional Coupler, ZGDC)，以及图1(d)的模斑转换器型(Spot Size Converter, SSC)。定向耦合器型和零间距定向耦合器型输入端都只用其中一个端口，并且无间距定向耦合器型其实是多模干涉型(Multi-Mode Interference, MMI)。现行市场上热卖的PLC分路器都是SSC型的，之所以给出另外两种，是为了进行对比分析。 首先来看图1(b)的DC，入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。当该0阶模到达耦合区-两相互靠近的波导(间距为波长量级)时，根据超模理论(Supermode theory)，将会在耦合区激励出如图中所示的两超模(由各独立波导中的0阶模叠加而成)：偶模(even mode)和奇模(odd mode)，并且这两个超模具有几乎相等(近于简并)的传播常数。在偶模中，位于2个波导内的电场波峰是同相位；而奇模中两波峰是反相位。根据这样的相位关系，两超模叠加的场分布光功率，可以在相邻两波导中周期性的，成二次正(余)弦函数的，不断的交替变换。图中示意图为刚好等分(half = 3 dB)入射光强时的模式(FBT1 x 2分路器原理与此类同)。 再来考察图1(c)中的ZGDC，同样的入射光在入射单模波导内只存在一个模式：基模(0阶模)。虽然该结构也叫DC，但其工作模式与真正的DC完全不同。当入射0阶模到达两入射波导交叉点时，该处波导宽度突然增大一倍，其场宽也必然增大，变成另一0阶模。由于这两个0阶模不满足场的连续性条件，因此必然同时伴随着另一模式-1阶模的激发，而且1阶模的强度与0阶模相同。如是在中间宽度2w多模波导中便传输着两个模式，并且最多只有这两个模式：0阶模和1阶模(该2w波导为双模波导)。这样，在该区域内，光场分布就是这两个模式(0阶模，1阶模)的相互干涉场分布(前面提到的MMI)。图中示意图为刚好在两输出单模波导中等分(half = 3 dB)输入光强时的模式。 图1(d)就是现行市场上的PLC1 x 2分路器-Y分支。其工作原理如下：当入射单模波导内的0阶模刚到达锥形区域-SSC时，这里波导结构并无发生任何变化，因此仍然保持该0阶模的形态。当该0阶模继续在SSC中传播时，虽然波导宽度不断变宽到2w，此时该波导内可以存在两个模式(前已述)。然而，由于SSC区域变宽的很缓
光波导理论与技术
光波导 1.集成光学：1)按集成的方式划分：个数集成和功能集成;2）按集成的类型划分：光子集成回路（PIC ）和光电子集成回路（OEIC ）；3）按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成；按研究内容划分：导波光学和集成光路。 2.纤维光学（圆波导）和集成光学（平板波导、条形波导）是导波光学的两大分支。 3.传播常数β和有效折射率N=β/k 0=n 1sinθ是研究平板波导的重要参数。 4.平板波导的两种基本模式：TE 模：E y ，H x ，H z ；TM 模：H y ，E x ，E z 。 5.对称平板光波导中，基模无论如何都不截止；非对称的基模可能截止。 6.对于非对称波导，随着波长的增大，波导层厚度的减小，同阶数的TM 模先截止；对于对称波导，同阶数的TE 和TM 模一起截止。 7、一个平板光波导的波导层、衬底层和覆盖层折射率分别为1n 、2n 和3n ，若在波长λ下保持单模传输，波导层的厚度d 应在什么范围内选取？ 答案：单模传输的前提条件是非对称波导。 截止厚度计算式()()TE TE c TM TM c m d n n m d n n 22122212arctan 2arctan 2παλππαλπ???+???=?-?????+? ??=?-? 其中TE TM n n n n n n n n n n 2223221242223122312αα?-=?-????-?= ??-??? 所以TE c n n n n d n n 0222322122212arctan 2λπ??- ? ?-??=-，TE c n n n n d n n 1222322122212 arctan 2λππ????-??+ ? ?-??????=-， TM c n n n n n n d n n 0222231223122212 arctan 2λπ????-?? ?-??????=- 单模传输条件TE TE c c TM c d d d d d 01 0?<