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光存储 等离子体显示 光纤传输基础 集成光学 相关概念和基本原理（15分） 2009年12月23日期末考试 分三个教室 欢迎同学们报考 《光电子技术研究所》 研究生！ 感谢同学们对 《光电子学》课程 教学的大力支持! 祝愿同学们获得优异的学习成绩! 祝愿同学们 事业有成， 生活美满如意!！ 愣勃透镜，如图16将高折射率薄膜沉积在平面波导的薄膜上面或在薄膜与衬底之间。与模折射率透镜不同，它所沉积的高折射率薄膜厚度从圆心向边缘呈球面过渡。 波导短程透镜示于图17。与前两种透镜不同的是这种透镜是通过改变透镜区传播长度来实现其功能的。当导波光沿凹球面波导传输时，由于偏离中心轴的光线在透镜区光程较短从而离开透镜区后自动向中心轴偏移而产生会聚。 图17 图16 形成波导反射镜最主要的方法，有几何结构型、折射率分布型、光栅型以及棱镜型反射镜等。 几何结构型反射镜结构如图18所示，它主要利用波导厚度变化来控制光的反射的。 图中(a)为端面反射镜，它利用了波导端面的反射作用。对于Ag+离子交换波导临界角约42°，而LiNbO3波导约27°，反射率可分别达到100％和80％。 图中(b)为劈形端反射镜，光线在反射镜的轨迹是逐渐过渡的。 3．波导反射镜和棱镜 图18几何结构型波导反射镜 波导棱镜结构示于图19，其中三角形棱镜部位的有效折射率N1大于周围的有效折射率Ns。 当一束导模光从周围波导区进入棱镜部位时发生折射，其折射光束离开棱镜部分时再次被折射。 因此波导棱镜可以起到偏转导模光束的作用，因而它与普通分立棱镜作用完全相同。 图19波导棱镜 光波导形式的几何光学器件，虽然在制作工艺上尚存在一些困难，但其小型、轻便、可靠等优点愈来愈引起人们重视，特别是这些器件在信息处理系统中的作用， 例如进行矩阵乘积、傅里叶和拉普拉斯变换以及相关运算等使其具有广阔应用前景，同时它们也是构成微型光学系统所必不可少的器件。 分支波导是集成光路中应用最多的器件之一，它担负着将主波导的光束(功率)分配给多个支路的任务。波导棱镜最多的是1×N型，N×N型分支波导。利用偏转光栅也能作光分路器。 四、分支波导 分支波导设计中主要考虑能量分配与辐射问题。 对于1×2对称分支波导，过渡区张角很小即θt≤1／250，以此确定过渡区长度t，而分叉角θB约1／60，这样可尽量减小辐射损耗。 右图为直通型N×N星形波导。 图20给出几种1×N分支波导结构 集成光学调制器与光开关就是对波导里传输的导模光进行调制与开关。 从光波被调制的参数来划分，除相位调制与强度调制外，还有偏振调制、频率调制等。 集成光学调制器与光开关 对于波导调制器，由于波导厚度与宽度都在微米量级，不需要多大驱动功率即可得到很大场强，因此它有很低的驱动功率，差不多比体调制器低一个数量级。 正是由于波导微结构的特点，使得波导调制器有很高的工作带宽和高的工作效率。 一、电光波导调制器和开关 1．相位调制器 图22为由条波导和波导两侧的金属电极构成。 图22 LiNb03电光波导相位调制器 当电信号加到电极上后，在两电极间产生电场，在电场作用下将使电极段LiNb03晶体折射率发生改变，使波导中导模的相位常数β发生相应改变。 当波导里的光从电极一端进入电极段再出来，其输出光的相位也就作了相应变化。所加电信号的幅度愈大，引起的相位变化愈大，电信号变化愈快，产生的相位变化也愈快。 2．强度调制器 (1)干涉式强度调制器 图23为一种马赫—然德干涉式强度调制器,是由两个偏振相同的调相波合成而实现强度调制功能的。 在LiNb03衬底上一对平行对称的条波导两端各连接一个3dB的分支波导，条波导中间和两侧制作表面电极。 图23M-Z电光波导强度调制器 (2)定向耦合器式强度调制器 在耦合长度等于L0、能进行全部功率转换的定向耦合器的两个波导上，做上一对电极，则构成电光波导定向耦合调制器， 如图24所示。当电极上施加电压后，两个波导内产生大小相等方向相反的电场，使一个波导的传播常数增加，另一个减小，出现相位失配，导致波导间功率转换大小改变，从而实现对光波的调制。 图24电光波导定向耦合调制器 采用一对电极的结构需精确控制波导长度等于耦合长度，且两波导严格相同，这在工艺上难于得到保证。为此，人们研究出了如图25所示的双电极以至于3电极结构，使其性能得到很大改善。 3．光开关 当调制深度接近100％时，强度调制器就可以当作开关