河北师范大学：《电动力学》课程教学资源（PPT课件讲稿）第七章 光波导技术（7.4）平面光波导

平面光波导 结构:yz方向无限延伸 ⅹ方向尺寸d接近于传输光波长量级 损耗1dB/cm左右 折射率:覆盖层、芯区、衬底分别为: n>n 对称波导:n2=no 非对称波导:n2

平面光波导 • 结构：y,z方向无限延伸 x方向尺寸d接近于传输光波长量级 损耗1dB/cm左右 • 折射率：覆盖层、芯区、衬底分别为： n0、n1、n2， • 对称波导: n2 = n0 • 非对称波导: n2 = n0 n1  n2  n3

平板波导 d n

n1 n2 n0 d 平板波导

几何光学分析 光线轨迹:锯齿形折线 约束光线条件: 上界面全反射:010>00= arcsin(mno/n1) 下界面全反射:012>02= arcsin(n2/n1) 相位匹配:上下两次反射经历相移为2π整数倍

几何光学分析 • 光线轨迹：锯齿形折线 • 约束光线条件： – 上界面全反射：q10qc10=arcsin(n0 /n1 ) – 下界面全反射：q12qc12=arcsin(n2 /n1 ) – 相位匹配：上下两次反射经历相移为2p整数倍

光程相移 附加相移 △￠=中p-中12- C 光程相移: B 0 Pp=2n, kodos D 全反射相移:中2,中09nk(CDAB) B-nf k B-nk g g B n,) n,k-B

光程相移 0 -d n0 n1 n2 q x y D=n1k0 (CD-AB) C A B D 附加相移： D=D-12-10 光程相移： D=2n1k0dcosq 全反射相移：12, 10 2 2 0 2 1 2 0 2 2 4 1 1 2 2 0 2 1 2 0 2 2 1 2 , 2       − −         = − − = − − n k n k n n t g n k n k t g j j TM j TE

全反射相移 费涅尔定律:T/M波振幅反射系数 n sin 6 n, cos0+ n sin 0 cos 0 n,;-ni sin 0 TM n,Cos0n nf-n, sin 0 内全反射:n2sm2b>n7,E|=m=1 tte=exp(iite), ITM-exp(idTM

全反射相移 • 费涅尔定律：TE/TM波振幅反射系数 • 内全反射： rTE = exp(iTE), rTM = exp(iTM) q q q q q q q q 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 2 2 1 2 1 cos sin cos sin cos sin cos sin n n n n n n n n r n n n n n n r j j j j TM j j TE + − − − = + − − − = sin , 1 2 2 2 n1 q  nj rTE = rTM =