光电子第四章_光波导技术基础_朱京平PPT.pdf

第第44章章 光波导技术基础光波导技术基础 主要内容主要内容 •• 44.11 平面介质光波导中的光传播与导引波平面介质光波导中的光传播与导引波、 消逝波、波导 • 4.2 平面介质光波导中光导模的几何光学分析 • 4.3 平面介质光波导中光导波的物理光学分析 • 4.4 光纤——圆柱介质光波导 •• 44.55 光纤中光导波的线光学分析光纤中光导波的线光学分析 • 4.6 阶跃光纤中导波的物理光学分析 • 4.7 光光纤色散与脉冲色散与脉冲展宽宽 • 光波导技术基础 光源接收器，桥梁: 光波导. 光路要求 :衰减尽可能小+尽可能不失真地传输光。 介质光波导: 将光限制在一定路径中向前传播，减小光耗散， 便于光的调制便于光的调制、、耦合等耦合等，，为光学系统的固体化为光学系统的固体化、、小型化小型化、、 集成化打下了基础 传统光学传输介质: 空气，+透镜、棱镜、光栅等光学元件构成光路 长距离传输长距离传输：存在水吸收存在水吸收、、微粒散射微粒散射，，光学元件菲涅尔反射等光学元件菲涅尔反射等，，无实用价值无实用价值。 气体透镜：将圆管中充满清洁的空气，四周加热，调整气体流速以保持层流， 用气体温差构成气体透镜，使通过的光向中心汇聚，不致耗散，但难实现。 介质光波导：可以用来引导光按需要的路径传播，并且损耗可以做到很小， 分类分类：平面平面 （（薄膜薄膜））介质波导介质波导、条形介质波导和圆柱形介质波导条形介质波导和圆柱形介质波导。 • 光波导技术基础 光纤： 阶跃折射率光纤： 原原理：1854年年，英国的英国的Tyndall 石英光纤应用专利： 1927年，英国的Baird与美国的Hansell申请。 玻璃光纤注光玻璃光纤注光年，德国人德国人 细束光纤设计：1958年，美国的Kapany 第二吸收鞘引入第二吸收鞘引入：年，，美国光学公司美国光学公司，，为减少光纤包层杂散光为减少光纤包层杂散光；； 光纤激光器：1961年，美国的Snitzer研制。 渐变折射率光纤 专利：1963年，日本的西呎等人申请 产品：1968年，日本玻璃板公司研制。 1970年，美国Corning公司研制出20dB/km的低损耗光纤， 开始光纤通信产业化开始光纤通信产业化。 • 平板与条形光波导： 光学系统小型化、集成化、固体化需求的产物。 起源：1910年，德国的Hondros和Debye进行的电介质棒的研究。 • 1962年：美国的Yariv从p-n结中观测到平板层中的光波导现象， • 1963年，Nelson等人发现了光波导电光调制现象， • 1964年，Osterberg 与Smith开始光波导耦合实验。 • 1965年，美国的Anderson开始用光刻方法制作光波导， • 此后各国开始了各种功能光波导器件的研制。 • 光波导技术基础 学习重点： 平面波导：结构最为简单、直观与精练，便于建立清晰概念 光 纤：应用最广光波导，并且是典型的柱面结构。 电磁场分布特性： 芯区：集中 衬底与覆盖层：紧贴着芯区，沿芯区底外法线方向场指数衰减。 条件： 光波导：无源、无荷、线性、均匀、各向同性、不导电、无损介质界面 入射光：均匀平面波 过程：全反射 结果：沿界面方向传播的非均匀平面波： 光密介质中，波场沿界面法向按驻波分布——导引波 光疏介质中光疏介质中，波场沿界面法向按指数衰减分布波场沿界面法向按指数衰减分布——消逝波消逝波 • 4.1平面介质光波导中的光传播与导引波、消逝波、波导 4.1.1 光在介质界面的传播特性 电磁波通过两种介质界面电磁波通过两种介质界面——反射和折射反射和折射： 方向：