高等光学作业-第二章-第一组-龚海彬-20151026.docxVIP

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高等光学作业第二章龚海彬2150170417

习题2.1

已知一对称平板光波导芯层的折射率n?=1.56,衬底和覆盖层的折射率均为

n?=n?=1.2,芯层厚度d=3μm,光波的波长为λ=1.55μm。用图解法求出芯层中所有

TE模的传播常数。

1.问题描述

已知一对称平板光波导的芯层的厚度与折射率、衬底和覆盖层的折射率、光波的波长,

使用图解法求解所有TE模传播常数。

2.输入输出描述

输入:芯层厚度d=3μm,折射率n?=1.56;衬底和覆盖层折射率n?=n?=1.2;

光波波长λ=1.55μm。

输出:TE模的传播常数——横向波矢,纵向波矢β,传播方向角θ。

3.过程分析

题中所对应的物理模型如图所示,主要由三层均匀介质构成,中间的

芯层折射率设为n,,厚度为d,衬底和覆盖层的折射率分别设为

n?和n?。

题中已经给出芯层厚度d=3μm,折射率

n?=1.56;衬底和覆盖层折射率n?=n?=1.2;光波波

长λ=1.55μm。

分别利用式子Ve=kd√(n2-n?),V??=kd√(a2-n})

理想平板介质光波导求出V?、V?,然后在MATLAB中将函数tan(α)和F(x)的

理想平板介质光波导

曲线在同一张图中作出来,求得两曲线交点对应的横坐标x,

则导模对应的k=x/d,再利用k=n,ksinθ和β=n,kcosθ

2

即可求得传播方向角θ和纵向波矢β。

其中

3.MATLAB实现与结果显示

I.使用第一个程序代码,在MATLAB中将函数tan(x)和F(x)的曲线在同一张图中作出来

1-

2-

3-

4-

5-

6.一

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16.-

17-

18-

19-

20-

clear

closeall

nl=1.56:

n2=1.2;

n3=1.2;

d=3e-6;

lambda=1.55e-6;

k=2*pi/lambda;

%清空内存空间

系关闭所有作图页面

%设置介质折射率

%设置芯层厚度

%设置光波波长

易设置波矢k

V12=sqrt(n1^2-n2^2)*k*d;

V13=sqrt(n1^2-n3*2)*k*d:

F=@(x)(x*(sqrt(V12^2-x^2)+sqrt(V13^2-x^2))./...(x^2-sqrt(V12^2-x^2)*sqrt(V13^2-x^2)));

ezplot(@tan,[0,4*pi,-5,5])

holdon

ezplot(F,[0,4*pi])

title(Graphicalsolutionoftheeigenvalue)xlabel(\kappad2)

%定义函数F(x)

的曲线易作出正切函数tan(x)

的曲线

%保持当前图形

男作出函数F(x)的曲线

%设置标题

%设置x坐标名称

运行得到图形:

3

分别选择函数F(x)和tan(x)的交点附近,使用放大工具,估计交点的横坐标,下图为第一个

交点的放大图:

4

因此可得x?=2.6936

同理可得其他三个点的横坐标x,=5.3665,x?=7.9871,x?=10.4778

Ⅱ.调用第二个程序代码即可获得4个导模的传播方向角和传播常数

1-x1=[2.6936:5.3665:7.9871:10.4778]:

2-kappal=x1/d;

3-thetal=asin(kappal/(n1*k));

4-betal=(nl*k)*cos(thetal);

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6-disp([x1kappalthetalbetal]);

7

%输入F(x)与tan(x)曲线交点的榻坐标

%计算横向波矢

%计算方向角

%计算纵向波矢

%在命令窗口中显示对应数据

8-f=figure(Position,[800300400150]):%指定窗口大小和位置

9-data=[xl,kappal,thetal,betal]:%设置输入的参数

10-cnames={x,*K,*8’,β2}:%设置横向的名称

11-rnames

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