高等光学课件chap4.2VIP专享VIP免费

电磁波在介质波导中的传播分类：薄膜介质波导圆形规则介质波导应用：光纤通讯…………LD，光纤激光器通信中，一般要求信号频率二次载波，载波频率是信号第一次载波频率的10倍。通频带（所用载波的可用频带）越宽，通讯容量越大。载波频率信号频率例如：一个声音信号带占±4kHz,则要求载波频率为80kHz。光频为：微波为：Hz15~1410Hz10105~410光频比微波通讯容量高以电视传输为例：加在载波上的调制带宽为10MHz载波频率范围为50~100MHz872.510,2.510MHz通讯范围为则有路不重叠的电视信号可传输。如果载波为可见光，6000A~4000A,。。对应频率为Hz1414105.7~10510可供个电视台使用。1薄膜介质波导一般概念xhoIIIz（介质）1n(覆盖层）3n（衬底）2n1n3n2n＞＞m1～10xhoIIIz（介质）1n(覆盖层）3n（衬底）2n在界面I,II上的入射角应满足临界条件：13CsinnnI12CsinnnII若，则取，为波导的临界角。3n2n＞CII2射线法分析薄膜波导2.1特征方程及横向谐波特征AMnBCABn01012])(2[zxoh1n2n3nACBMii式中是电磁波在界面与上作全反射时产生的相位跃变：III,IIIzxoh1n2n3nACBMii102cos2inhKm(2-6)11001101022[()]2[2sec2sin]22cos2iiiinnABBCAMnhnhtgnhm(2-1)m=0、1、2、3…谐振条件对S波iisiisnntgnntgcos])([sin2cos])([sin2212122212132(2-2)(2-3)对P波iipiipnnnntgnnnntgcos])([sin)(2cos])([sin)(2212122221212132231(2-4)(2-5)mhKni2cos201m=0、1、2、3…(2-6)中间层折射率1n0K传输光波在真空中的波数i波导内的入射角002K真空中的波数色散方程特征方程特征方程的意义mhKni2cos201（m=0、1、2、3…）hKhKnx2cos201电磁波在横跨薄膜(即沿x方向)时的相位差分别是波在界面I和II上的相位跃变21和方程从一点出发，横向（X方向）往返一次，相位变化为,使波加强——横向谐振条件任意波导都具横向谐振特征IIIyzx2n1n3n2mhni2cos2201m=0、1、2、3…波导中含三种色散由材料折射率随而变。)(n材料色散波导色散对同一个m值即同一个波导模，不同的波长对应于不同的角。i模式色散对于同一波长，不同的m，有不同的值。izxoh1n2n3nACBMii色散方程2.2导波的模式102cos2inhKmm=0、1、2、3…0TE1TE…1TM0TM…当m=0时2cos01IIIihKn即其场沿x方向变化不足半个驻波当m=1时2hKx其场沿x方向变化不足二个“半驻波”。m增大，减小izxoh1n2n3nACBMii2.3波导的截止波长2n按假定临界角由下面衬底的折射率决定：321nnn12sinnncci)(sin121nn临界状态界面II上的相位跃变即发生全反射时的入射角0(2-7)对S波][2222123221nnnntg21221sin1cosnnii(2-8)(2-9)0II由(2.3)代入色散方程可得：mnnnntgnnhn2212222212322121210(2-10)由上式可求得不同模式下的截止波长0TE对模：0m0m02221232212221|2|mcmcmnnnntgnnh222123221222102|nnnntgnnhmc(2-11)(2-12)高阶模临界波长更小对传输工作波长的几种情况讨论如下：(1)光波大于0阶的临界波长，不能在波导内传播。0|mc(3)这样得光波对m及m=0阶模均可被传输，发生多模传输。mc|01||mcmc（2）此时只有m=0得零阶模可以传输，即单模运行。特别指出：对于对称薄膜波导32nn0|mc对称波导没有截止波长，任何波长得波均可在对称波导内传播。特征方程变成mnnh22222210(2-13)222102nnhm(2-14)对波长为的光波，波导内所允许传播的模式个数为03用电磁理论求解薄膜介质波导场分布用电磁理论分析薄膜介质波导求满足边界条件麦克斯韦方...