掩埋式光波导功分器折射率分布
光波导的理论以及制备方法介绍
光波导的理论以及制备方法介绍光波导是一种通过光信号的传导来实现信息交互的技术。
它是利用光在介质中的传播特性来实现光的传输和调控的一种器件。
光波导已经成为现代通信、光电子技术和光器件研究领域中不可或缺的一部分。
光波导的理论基础是基于光在介质中的传播原理。
当光束通过介质分界面时，会产生折射现象。
这种折射现象可以用斯涅尔定律来描述，即入射角与折射角之间的正弦比等于两种介质的折射率之比。
光波导利用不同折射率的介质之间的折射现象，将光束从一种介质中导入到具有更高折射率的介质中，并通过光束的反射、折射和散射等效应，使光能够在介质中传播和传输。
制备光波导的方法有多种，包括经典的物理刻蚀法、化学沉积法、水热法等，以及现代的微电子加工技术和激光加工技术等。
下面将介绍几种常见的制备方法：1.光刻法：光刻法是一种常见的光波导制备方法。
它利用光刻胶的光敏性，通过光学曝光和显影，将需要刻蚀的部分暴露出来，然后使用物理或化学刻蚀方法将暴露的部分去除，从而形成光波导的结构。
2.离子注入法：离子注入法是一种通过离子注入技术来改变材料的折射率分布，从而形成光波导结构的方法。
它通过在材料表面注入高能离子，改变材料的折射率，并形成光波导结构。
3.RF磁控溅射法：RF磁控溅射法是一种通过溅射技术制备光波导的方法。
它利用高频电场对目标材料进行离子化，然后通过磁场聚焦离子束，使其瞄准到底片上，从而形成光波导结构。
4.激光加工法：激光加工法是一种利用激光器对材料进行加工的方法。
它通过调节激光的功率、扫描速度和扫描路径等参数，实现对光波导结构的制备。
激光加工法不仅可以实现直写制备光波导，还可以实现二光子聚焦制备光波导。
除了上述方法外，还有其他一些新型的制备光波导的方法，例如自组装法、溶胶-凝胶法、光聚合法等。
这些方法在光波导的制备中发挥着重要的作用，并为光波导的研究和应用提供了更多的可能性。
总之，光波导是一种基于光的传导原理来实现光信号传输和调控的技术。
波导的概念
波导概念定义波导是一种用于传输电磁波的结构，它可以将电磁波限制在一个特定的空间范围内传播。
波导由一系列的导体边界和介质组成，其中导体边界可用于限制电磁波的传播方向和模式。
常见的波导结构包括矩形波导、圆柱波导和光纤等。
在波导中，电磁波以一种特定的模式沿着导体边界传播。
这些模式是由波长和波导几何形状决定的。
每个模式具有特定的频率、相位和场分布特性。
不同模式之间的能量传输是通过反射、折射和耗散等过程实现的。
重要性波导在通信、雷达、微波技术等领域中具有重要应用。
以下是几个重要方面：1.低损耗传输：相比于自由空间传播，波导可以减少能量损耗，并提供更稳定和可靠的信号传输。
这对于长距离通信和高速数据传输非常关键。
2.模式控制：通过选择合适的几何形状和尺寸，可以实现对波导中电磁波模式的控制。
这对于满足特定的通信需求、提高传输效率和减少干扰都非常重要。
3.屏蔽和隔离：波导可以提供良好的屏蔽效果，阻止外部电磁干扰的影响。
这在高频通信和敏感设备中非常重要，可以提高系统性能和数据安全性。
4.集成与封装：波导结构可以与其他电子元件集成在一起，实现紧凑的封装和方便的安装。
这对于微波集成电路、光纤通信等应用非常关键。
应用通信领域•微波通信：波导被广泛应用于微波通信系统中。
它们可用于天线馈线、滤波器、耦合器和功分器等组件。
通过使用合适的波导结构，可以实现高效率和低损耗的微波信号传输。
•光纤通信：光纤本质上也是一种特殊形式的波导。
它通过光的全反射来传输信息。
光纤作为高速、大容量的通信媒介，广泛应用于长距离通信、互联网和数据中心等领域。
科学研究•高能物理：在高能物理实验中，波导被用于加速器和射频系统。
通过合理设计波导结构，可以实现高效的粒子加速和束流控制。
•天文观测：在射电天文学中，波导用于构建射电望远镜的接收机和天线系统。
它们能够捕捉和接收来自宇宙的微弱射电信号，并提供高灵敏度的观测能力。
工业应用•雷达系统：波导在雷达系统中起到重要作用。
光波导的理论以及制备方法介绍
光波导的理论以及制备方法介绍摘要由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。
光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。
光波导的研究条件与当前科技的飞速发展是密不可分的，随着技术的发展，新的制备方法不断产生，从而形成了各种各样的制备方法，如离子注入法、外延生长法、化学气相沉淀法、溅射法、溶胶凝胶法等。
重点介绍离子注入法。
光波导简介如图所示为光波导结构图表1光波导结构如图中共有三层平面相层叠的光学介质，其对应折射率n0,n1,n2。
其中白色曲折线表示光的传播路径形式。
可以看出，这是依靠全反射原理使光线限制在一层薄薄的介质中传播，这就是光波导的基本原理。
为了形成全反射，图中要求n1>n0,n2。
一般来讲，被限制的方向微米量级的尺度。
图表2光波导模型如图2所示，选择适当的角度θ（为了有更好的选择空间，一般可以通过调整三层介质的折射率来取得合适的取值），则可以将光线限制在波导区域传播。
光波导具有的特点光波导可以用于限制光线传播光路，由于本身其尺寸在微米量级，就使得其有很多较好的特点：（1）光密度大大增强光波导的尺寸量级是微米量级，这样就使得光斑从平方毫米尺度到平方微米尺度光密度增大104—106倍。
（2）光的衍射被限制从前面可以看出，图示的光波导已经将光波限制在平面区域内，后面会提到稍微变动一下技术就可以做成条形光波导了，这样就把光波限制在一维条形区域传播，这就限制了光波的衍射，有一维限制（一个方向），二维限制（两个方向）区分（注：此处“一维”与“二维”的说法并不是专业术语，仅仅指光的传播方向的空间自由度，不与此研究专业领域的说法相混同）。
（3）微型元件集成化微米量级的尺寸集成度高，相应的成本降低（4）某些特性最优化非线性倍频阈值降低，波导激光阈值降低综上所述，光波导本身的尺寸优势使得其有很好的研究前景以及广泛的应用范围。
光波导的分类一般来讲，光波导可以分为以下几个大类别：图表3平面波导（planar）图表4光纤（fiber）图表5条形波导（channel）图表6脊型波导（ridge）上面介绍了几大类光波导形式，实际上这只是基本的几种形式，每一种都可以加以变化以适应不同环境及应用的需求。
光波导技术——精选推荐
光波导技术基础第一部分光波导的几何光学分析第二部分光波导的波动光学分析第三部分光纤的介绍―导光‖的古老历史―光纤之父‖----高锟博士光波导技术的迅猛发展光波导的基本概念光波导的主要种类光波导的一般理论光波导的进一步分类模式的概念广阔的应用领域―导光‖的古老历史1854年英国的廷达尔Tyndall就观察到光在水与空气分界面上作全反射以致光随水流而弯曲的现象1929-1930年美国的哈纳尔Hanael和德国的拉姆Lamm先后拉制出石英光纤并用于光线和图象的短距离传输中国古代烽火台―光纤之父‖----高锟博士1966年高锟博士发表他的著名论文―光频介质纤维表面波导‖首次明确提出通过改进制备工艺减少原材料杂质可使石英光纤的损耗大大下降并有可能拉制出损耗低于20dB/km的光纤从而使光纤可用于通信之中。
光波导技术的迅猛发展1970年康宁玻璃公司率先研制成功损耗为20dB/km的石英光纤取得了重要的技术突破经过近30年的发展光纤的损耗已经降至0.2dB/km单模光纤各种光波导器件在光纤系统中获得广泛应用相关的应用产业日新月异地蓬勃发展。
光波导的基本概念??导波光受到约束的光波??光波导约束光波传输的媒介??介质光波导三要素1 ―芯/ 包‖结构2 凸形折射率分布n1n23 低传输损耗光波导的主要种类??薄膜波导平板波导??矩形波导条形波导??圆柱波导光纤n1n2n3脊型波导沟道波导平面掩埋沟道波导纤芯包层涂覆层护套层??强度元件内护层光纤??缆芯外护层单模810um多模50um125um光波导的一般理论022k通过麦克斯韦方程组经过一系列合理的简化可以得出描述光波导满足的标量Helmholtz方程在推导的过程中可以看到影响光波导传输特性的主要是折射率的空间分布。
其中代表和在直角坐标系中的各个分量。
EH光波导的进一步分类可根据折射率的空间分布将光波导分类为光波导正规光波导非正规光波导纵向均匀纵向非均匀横向分层均匀的光波导均匀光波导横向非均匀的光波导非均匀光波导缓变光波导迅变光波导突变光波导模式的概念yxnzyxn不同类型的光波导相应于求解不同类型的微分方程。
光波导基础知识
光波导（optical waveguide）是引导光波在其中传播的介质装置，又称介质光波导。
光波导有两大类：一类是集成光波导，包括平面（薄膜）介质光波导和条形介质光波导，它们通常都是光电集成器件（或系统）中的一部分，所以叫作集成光波导；另一类是圆柱形光波导，通常称为光纤（见光学纤维）。
传输特性光波导是引导可见光段中的电磁波的物理结构。
常见类型的光波导包括光纤和矩形波导。
光波导可用作集成光路中的组件或用作本地和长途光通信系统中的传输介质。
光波导可根据其几何形状（平面、条带或光纤波导）、模式结构（单模、多模）、折射率分布（阶梯或梯度折射率）和材料（玻璃、聚合物、半导体）进行分类光纤的传输衰减很小，频带很宽。
例如，在1.5微米波段衰减可小到0.2分贝/公里，频带宽达108/公里数量级（多模光纤）或109赫/公里数量级（单模光纤），如此优良的性能是其他传输线难以达到的，因而光纤可用于大容量信号的远距离传输。
薄膜波导和带状波导传输特性及其分析与光纤类似。
由于它们主要用来构成元件，对传输衰减与频带要求并不严格。
严格求解光波导中的电磁场的矢量解较为困难，故通常用标量近似法、射线法等近似解法分析其传输特性，包括各个模式的场分布、色散以及模式之间的耦合等。
实际应用的矩形几何光波导最容易理解为理论介质平板波导，也称为平面波导的变体。
平板波导由具有不同介电常数的三层材料组成，在平行于它们的界面的方向上无限延伸。
光可以通过全内反射限制在中间层中。
仅当中间层的介电指数大于周围层的介电指数时才会发生这种情况。
在实践中，平板波导在平行于界面的方向上不是无限的，但是如果界面的典型尺寸远大于层的深度，则平板波导模型将是非常接近的。
平板波导的引导模式不能被从顶部或底部界面入射的光激发。
光线必须从侧面注入中间层。
或者可以使用耦合元件将光耦合到波导中，例如光栅耦合器或棱镜耦合器。
引导模式中的一种模式是平面波来回反射的中间层的两个接口之间，入射角在光的传播方向和平行的或垂直的方向之间，在材料界面更大过临界角。
光波导
n2 n1>n2 驻波 入射波
波导的等效深度
2Ze1
xe1
包层
h
xe2 衬底
2Ze2
heff h + xe1 + xe 2
一。平面光波导
1.薄膜光波导模式的射线理论分析
• 按几何光学概念，凡是满足 的光 线均可在波导中 低损耗 传输。情况并非如此， 只有某些分离的 角的光线才能建起真正的有 效传播。其模式将由光波导参数方程及电磁场 方程及边界条件导出：即那些 是可以传播的. • 这里可以从平面波简单理论得到相同的结果. 如下图:
BC - BC 2d cos1
2k0 n1 cos1d - 2 2 - 23 2m
tg IE n
2 1
s in 1 - n 2
2
2
n1 cos 1
2
tgTM
n1 2 n2
n1 sin 1 - n2 n1 cos1
2 2
2
m 0,1 对角为光波导中独立传播的模式
上式中 E1, E2 , E3 , k1x ,2 ,2 ,-3
由方程和边界由条件定。
由于三个区 程为
n1 , n2 , n3
，玄姆赫兹方1
薄膜区： x d ), (0 衬底区： 0), (x
d 2Ey dx
2
+ (k0 n1 - ) E y 0
2 2 2 2 2
d 2Ey dx 2 d Ey dx
2
+ (k0 n2 - 2 ) E y 0 + (k0 n3 - 2 ) E y 0
2 2
敷层区 : ( x d ),
k1x k0 n1 - 2
光波导理论2012-4
2 2 n12 n4
对于每套m和n值对应一个E 模和一个E 模,
x mn y mn
条型波导中导波模的最大数目为
N max 2 2k WA WB X A X B n n
2 2 1 2 2
n
2 1
n
2 4
2
12
成立条件：n2 n3 ; n4 n5
ky arctan 3y
n 1, 2,3
初始相位因子为
nk n k 1 1 x arctan arctan 2 n 2 n 2
2 5 x 2 1 5 2 4 x 2 1 4
ky 1 k y 1 y arctan arctan 2 2 2 3 2
k k n k k n
2 4x
2 2 0 3
2 2 0 4
k k n
2 5x 2
2 2 0 5
3.色散方程的导出
n12 4 x n12 5 x k x X A X B q arctan 2 q 0,1, 2,3 arctan 2 n4 k x n5 k x 2 y 3 y k y WA WB p arctan arctan p 0,1, 2,3 k k y y
k k x X A X B m arctan x 4x k arctan x 5 x m 1, 2,3
n 1, 2,3
2 2 n2 k y n3 k y k y WA WB n arctan 2 arctan 2 n n 1 2y 1 3y
第一章_光波导基本理论
古斯汉欣位移
思考：这个位移Δ究竟有多大呢？
TM偏振的本征方程
前面讨论都是由电磁场理论，对TE偏振求解获得的，对 TM偏振也可以获得类似的解
2 h 2m 212 213, m 0,1, 2...
思考：和TE偏振相比，上式有何区别？
rs
=
n1 n1
cos1 cos1
-h
0
任意波导的本征解
注意前面只是对最简单的三层平板波导结 构分析获得的。而对更复杂的波导，求解 思路一样，但解的形式会更复杂。
影响解的数量的因素是一样的（芯层尺寸、 芯层折射率、芯层和包层间的折射率差）。
思考：光纤的基本结构
为何使用包层？ 为何波导材料是二
氧化硅而不是硅？ 为何光纤芯层厚度
• 入射能量分为反射和折射两束：强度满足菲涅尔定律.
• 折射角 < 90o
air glass
入射光线
反射光线
内反射
• 随着入射角 , 折射角
• 当折射角 = 90
• 此时的入射角 = 临界角 C
air
折射光线
glass
CC
入射光线
反射光线
内反射
• 如果入射角继续 , 不再有折射光线出现
集成光电子学导论
第一章 光波导基本理论
平面光波导的类型
按几何形状划分： 平板波导 条形波导 脊形波导 按折射率分布划分： 阶跃型 渐变型
一维受限（平板）和二维受限（条形）
波导
Y
X
Z
Y X
平面光波导的类型
1-d 光限制
cladding core
nlow nhigh
cladding
光波导4
2D 2D
n2 n1 R n2 n1 n2
4k α K12 = K 21 = e −α ( R − 2 D ) β (1 + αD)(k12x + α 2 )
θ c10
模式分析(II) 模式分析(II)
d s = π + tg A (n − n ) /( n − n ) d / V
−1 2 2 2 0 2 1 2 2
[
]
• 单模波导：dc< d <ds • 对称波导：n2=n0, dc=0, 即基模不截止 • 非对称波导：基模也截止； TM模式先截止； TE 单横模波导.来自条形光波导IV
III
I
II
V
近似分析法
• Marcatili近似：
– 弱导近似：β∼n1k0 – 区域简化：角区场分布近似为零 – 模式分解：Exmn, Eymn
• EDC(Effective Dielectric Constant)近似：
– – – – – 首先考虑一维尺寸趋于无穷 利用平面波导结果，求取本征值βe 定义等效折射率Ne= βe/k0 再考虑另一维尺寸趋于无穷 再利用平面波导结果，求取本征值β
本征值与模式分析(I) 本征值与模式分析(I)
• 基模：m=0, 2n1k0dcosθ=φ12(θ)+φ10(θ) • 本征值：曲线交点对应的θ ； • 波导截止条件：
n2 − n2 TE 1 2 2 −1 2 0 k0 d n1 − n2 = tg A 2 ,A= 2 (n1 / n0 ) 2 TM n1 − n2
• 禁区： β>n1k0 • 导模： n1k0> β> n2k0 χ21>0,传播场; χ22, χ20<0，消逝场 • 衬底辐射模: n1k0> β> n3k0 χ23<0,消逝场; χ22, χ20>0,传播场 • 辐射模： n3k0> β> 0 χ21, χ22 ,χ20 > 0,传播场
光功分器的作用
光功分器的作用光功分器是光纤通信中的重要器件之一，其主要作用是将输入的光信号按照一定的比例分为多个输出，从而实现多路光信号的传输与分配。
光功分器广泛应用于光纤通信、传感、测量、光谱分析等领域，其功能和性能对光纤通信系统的正常运行和性能指标的优化具有重要影响。
光功分器的基本原理是基于光的传输和折射效应。
对于传统的光功分器来说，它主要是通过光波在光纤中传输时发生的射频折射或反射反射现象而实现的。
光波沿着光纤传输时，由于光纤的介质折射率与周围环境的折射率不同，光波会发生折射或反射的现象。
光功分器利用这个特性，在光纤直径的适当尺寸范围内，将输入的光信号按照一定的比例分为多个输出。
光功分器的作用主要可以分为两个方面：光信号的转发和光信号的分配。
首先，光功分器实现了光信号的转发。
在一个光纤通信系统中，光源产生的光信号需要被传输到接收端。
由于光纤的损耗，在信号传输过程中会有一定的衰减。
而光功分器可以将输入的光信号按照一定的比例分为多个输出，使得每个输出都可以转发光信号。
这样，即使在衰减过程中，仍然可以保持一定的信号强度，保证信号的传输。
其次，光功分器实现了光信号的分配。
在光纤通信系统中，一个输入光信号需要被分发到多个不同的接收端时，光功分器起到了关键作用。
光功分器可以将输入光信号按照一定的比例分为多个输出，分配给相应的接收端。
通过调节光功分器的结构和参数，可以实现不同分配比例的光信号分布。
这对于光纤通信系统来说，极大地提高了光信号的利用效率和系统的灵活性。
在实际应用中，光功分器有多种类型，如耦合型光功分器、波导光功分器、光纤光功分器等。
不同类型的光功分器在结构和工作原理上有差异，但基本的作用都是实现光信号的转发和分配。
对于光纤通信系统来说，光功分器的性能指标对系统的整体性能具有重要影响。
首先是光功分器的插入损耗。
插入损耗是指光功分器将输入信号分配到各个输出时引入的损耗，高插入损耗会导致系统的光功率减弱，影响系统的传输距离和信号质量。
导波系统的名词解释
导波系统的名词解释导波系统是一种基于导波原理的通信系统，广泛应用于无线电，微波和光波通信领域。
导波系统通过引导电磁波沿特定的路径传输信息，使得信号能够以较低的损耗和较高的带宽传播。
在导波系统中，导波结构扮演着关键的角色，它可以是导线、光纤、波导等不同形式的介质。
一、导波结构在导波系统中，导波结构是指由一种材料或多种材料组成的特定形状，用于引导电磁波的传播。
它可以分为传统导线导波结构和光纤或波导等光学导波结构。
1. 传统导线导波结构传统导线导波结构是一种利用金属导线来传输电磁波的方法，常见的有同轴电缆、双线和平衡线等。
这些结构通过电磁波在导线内部传播的方式来传输信号，具有较小的传输损耗和较高的可靠性。
2. 光学导波结构光学导波结构是一种利用光纤或波导来传输光信号的方法。
光纤是一种通过光的全反射原理将光信号沿光纤传输的结构。
波导是一种通过调控其折射率分布使光信号在波导中传输的结构。
这些结构具有较大的带宽和较低的传输损耗，是现代通信系统中重要的组成部分。
二、导波模式导波模式是指在导波结构中，电磁波所具有的不同传播模式。
通过不同的导波模式，导波系统可以同时传输多个信号或者提供不同频率的传输。
导波模式可以分为纵向模式和横向模式。
纵向模式是指电磁波沿导波结构的传播方向为主传播方向，而横向模式是指电磁波在垂直于传播方向的平面上的传播行为。
在导波系统中，纵向模式可以是电磁波沿传播方向传输的基模，也可以是其他模式，如高次模。
横向模式则可以是电磁波垂直于传播方向的某个方向传输的模式。
三、导波器件导波器件是在导波系统中用于管理和控制导波结构中信号传输的元件。
常见的导波器件包括射频滤波器、功分器、耦合器、光纤光栅、光解复用器等。
这些器件根据导波原理的不同，可以对信号进行选择性的延迟、分配、耦合和滤波，从而实现不同的功能，如信号调制、信号放大、信号复用等。
导波器件可以是被动器件，也可以是有源器件。
被动器件是指不进行能量转换和放大的器件，如光纤光栅、射频滤波器等。
第二章 2.1 2.2 光波导理论
λ
2 d n1 - n 2 - arctan a te = mπ 2
一、传输光波的波长和模阶数 二、波导参数---膜厚d及折射率n1，n2，n3. 波导参数---膜厚d及折射率n1，n2， ---膜厚 n1
光波导理论光波导理论-折射率突变型二维波导
例题：有一溅射玻璃波导，衬底玻璃折射率 n2=1.515，溅射玻璃折射率n1=1.620，包层 为空气，若溅射玻璃层厚度d=1.00um，其中 TE1和TE0 模的截止波长分别为多少？ 例题：与上题条件相同，若传输波长 λ1=1.3um，波导能传输几个导模？若 λ2=0.85um，又能传输几个导模？
光波导理论光波导理论-折射率突变型二维波导
波导中能传输的TE模数位： 波导中能传输的TE模数位 TE模数位
MTE = Int【
2π
λ
2 n1 - n 2 - 1/arctan a te + 1】 2
对于波长1.3um的光波，MTE=1.53， MTE=1， 对于波长1.3um的光波，MTE=1.53，故MTE=1， 1.3um的光波 即只能传输一个TE TE模 对于波长为0.85um 0.85um的光 即只能传输一个TE模，对于波长为0.85um的光 MTE=2，能传输两个TE TE模 波MTE=2，能传输两个TE模。
光波的传输方式-光波的传输方式 射线光学分析法
推导导模条件
d θ1 B’ B C’
D
A A’ E F C D’
图中用两条射线AB A’C’代表薄膜上表面的入射波 代表薄膜上表面的入射波, BC和 图中用两条射线AB 和A’C’代表薄膜上表面的入射波,用BC和 C’D’代表反射波,BB’和CC’则代表入射平面波的两个波阵面 代表反射波,BB’ 则代表入射平面波的两个波阵面, C’D’代表反射波,BB’和CC’则代表入射平面波的两个波阵面, 即等相位面.可以看出,若未经反射的入射光A’C’ A’C’和经上下界面 即等相位面.可以看出,若未经反射的入射光A’C’和经上下界面 两次反射的反射波BC 之间的相位差为2π的整数倍, 2π的整数倍 两次反射的反射波BC 之间的相位差为2π的整数倍,才满足谐振 加强条件. 加强条件.
03光波导几何分析[41页]
![03光波导几何分析[41页]](https://img.taocdn.com/s3/m/3ec8c5ae964bcf84b8d57b3e.png)
图3.3 抛物型折射率波导中的多径光线
折返点 cos =1
n cos n( xm ) n1 cos0
n1 cos0 n1[1 ( xm / a)2 ]
xm a
1 cos0
15
第3章 光波导几何分析 3.2 折射率渐变波导中的光线
讨论 3. 导波条件
图3.3 抛物型折射率波导中的多径光线
折返点
dr / dS 0
利用不变量
dr dS
2
sin2 sin2
sin2 (1 cos2 ) sin2
a2 2
n2r 2
n2
dr
2
n2 (r ) 2 a2 2 / r 2
dS
光线判据函数 g(r) n2(r) 2 a2 2 / r2
光线存在的必要条件： g ≥0
图3.5 偏斜光线投影图
图3.6 偏斜光线立体图
光线始终不与光纤轴相交，存在一个内焦散面与光线相切。
光线传播过程中不变的几何参数
反射角；光线线段长度L；光线与轴线的夹角 ； 光线的旋进距离z；光线的旋转角 ；与轴线的距离l.
导波条件
可以证明 cos n2 / n1
n2
21
第3章 光波导几何分析
3.4 梯度光纤中的光线
3.4.1 柱坐标的光线方程
dr0 dS
d
dS
dr0
d
0
d
dS
d0
dS
d
dS
0
r0
d
dS
r0 分量式:
d
n dr
nr
d
2
dn
dS dS
dS dr
0 分量式:
d dS
nr
功分器 同步
功分器同步摘要：1.功分器的定义和作用2.功分器的分类和主要参数3.功分器的同步方法4.功分器的应用领域正文：一、功分器的定义和作用功分器，顾名思义，是一种能够将输入信号的功率按照设定的比例分配到不同输出端的设备。
它在电子电路和通信系统中具有广泛的应用，主要作用是将一路输入信号能量分成两路或多路输出，以实现信号的同步、分配和控制等功能。
二、功分器的分类和主要参数根据功分器的工作原理和结构不同，可以分为以下几种类型：1.电阻式功分器：通过电阻值的不同来实现信号的分配，其主要参数有功率分配比、插入损耗和反射系数等。
2.电容式功分器：通过电容值的不同来实现信号的分配，其主要参数有功率分配比、插入损耗和电压驻波比等。
3.波导式功分器：通过波导长度和宽度的不同来实现信号的分配，其主要参数有功率分配比、插入损耗和方向性等。
4.光纤式功分器：通过光纤的长度和折射率的不同来实现信号的分配，其主要参数有功率分配比、插入损耗和光纤的损耗等。
三、功分器的同步方法在实际应用中，功分器需要与其他设备进行同步，以保证信号的正确传输和处理。
同步方法主要有以下几种：1.相位同步：通过调整功分器的相位差来实现与其他设备的同步。
2.频率同步：通过调整功分器的频率偏差来实现与其他设备的同步。
3.码率同步：通过调整功分器的码率来实现与其他设备的同步。
四、功分器的应用领域功分器在多个领域都有广泛应用，如通信系统、雷达系统、测量设备、信号处理设备等。
在5G 通信技术中，功分器更是不可或缺的组件，它有助于实现信号的快速、准确传输，提高网络性能和用户体验。
总之，功分器作为一种重要的电子元器件，其功能和性能对于整个系统的运行至关重要。
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管制 备 的 方 法较 简 单 ， 成 本 不 高 ， 却 有 许 多 不 且 但 足之 处 ， 为 ｕ ， ａ Ｋ 因 Ｎ ， 相 互 交 换 ， 射 率 差 最 折 大也 只有 ０ ０ ； ． 不稳 定 的单价 ４ 会变 成 吸 光 的金
的混合 粉末 ， 于离 子 交 换 炉 ， 粉 末 在 高 温 下熔 置 待
化后 ， 将带 有 一 层 大 约 ０ ３ｒｎ厚钛 膜 的 玻 璃 衬 底 ．ａ ｉ 浮 在 Ｔ Ｏ 与 Ｚ Ｓ 的 混 合 熔 盐 上 ， 制 温 度 １ Ｓ ｎＯ 控 ４５ ６ ℃保 持 ２ ０ｈ离子 交换 时 间 。金属膜 起 到 了离 子 阻挡 的作 用 ， 需 要 满 足三 个性 质 ： 玻 璃 间应 有 它 与 很好 的附 着性 ； 高 温 下耐 腐 蚀 ； 子 交 换 后 又 能 在 离 采用 不太 复 杂的方 法除 去 。本 实验 采 用 的 钛膜 ， 不
为 了得 到掩 埋式 光波 导 ， 我们 需 要进 行第 二 步
离子 交 换。这 次离 子 交 换 在 去 掉 膜 后 进 行 ， 在
４５ ６ ℃将表 面 式 波 导 浸 在 钠 盐 中交 换 ５ ｈ 如 图 ２ 。
好地 解释 了折射 率分布 的 实验 结果 ， 出的 离子 交换 机理 可很 好 地解释 折射 率分 布 。 提
［ 关键 词 ］ 光波 导 ；功分 器 ；掩 埋式 ；折射 率 ［ 中图分 类 号 ］ Ｔ Ｎ７ ４ ［ 文献标 识码 ］ Ａ ［ 文章编 号 ］ １０ ．３ ０ ２０ ）２０ ５ ． ０ ５０ １ （０６ ０ ．０ ３０ ４ 粉末 状 ， 且熔 点 比较 高 ， ６０ Ｃ 右 ， 以 在 实验 在 ０ ￣左 所 中我 们用 １ ０ 与 Ｚ Ｓ ４的混 合 液 ， ｎ Ｏ １ ４ ｓ ｎＯ Ｚ Ｓ ４的作 用
玻 璃衬 底 离 子 交 换 制 作 波 导 可 能 是 制 作 光 路
最普 通 最 经 济 的技 术 ， 为其 传 播 损 耗 小 ， 作 成 因 制
本低 ， 易于 与其它 光 电子 元件 集 成 。一些 研 究 者 且 已经 应用离 子交 换 技术 来 制 作 掩 埋 式光 波 导功 率 分离 器 的 ×
详细模 型 ， 由两 步离子 交换 法制 成 。 它
易熔 化 ， 易 反应 ， 不 价格 低廉 ， 采 用离 子 束 溅 射镀 又
膜， 与基 片有 极强 的附 着 力 。第 一 次离 子 交 换 后我
们得 到 了一 个 近 似半 圆 或 半 椭 圆 型 的 表 面 式 光 波
度 时 ， 些 波导具 有 良好 的 热稳 定性 。１ ． ａ 这 １ Ｎ 离子 半 径 巨大 差 异 而产 生 的 应 力 ， 离子 的 极 化 以
及克分 子体 积 导致 了折 射 率 的 变化 。本 实验 用雅 敏 干 涉仪 来 测 量 实验 所 得 的折 射 率 分 布 ， 文 本 详细描 述 了 １ ． ａ 进 行 离子交换 来制 作 光波 导的 实验 过程 ， １ Ｎ 并通过 布格 尔定律 和激 光特 性 得 到 光波 导的 折射 率理论 分 布。 最后 ， 据 实验 所得 数 据 ， 根 以及 对 折 射 率分 布 有影 响 因素 的研 究， 很
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２０ ０ ６年 ６月
北京联合大学学报 （ 自然 科 学 版 ）
Ｊ ｒａ ｏ Ｂ ｉ ｇ Ｕ ｉ ｎ ｅｓｙ Ｎ ｔ ａ Ｓ ｉ ｃｓ ｏ ｎ ｌ ｆ ｅ ｉ ｎ ｎＵ ｉ ｒ ｔ（ ａ ｒｌ ｃ ｎ ｅ） ｕ ｊ ｎ ｏ ｖ ｉ ｕ ｅ
Ｊｎ Ｏ６ ｕ ．２ Ｏ
Ｖ０ ． Ｏ Ｎｏ． ｕ Ｎｏ．４ １２ ２ Ｓ ｍ ６
第 ２ 卷 第 ２期 总 ６ 期 ０ ４
掩埋式 光波导功分器折射率分 布
冯 爽
（ 南 大学 物 理 系 ， 庆 西 重 ４０ １） ０ ７５
［ 摘 要 ］ 用两 步 离子 交换 法制备 的 １ ． ａ １ Ｎ 离子交换 玻 璃 波导 ， Ａ ， ， 等 离子 制备 的 比 ｇ ｕ Ｋ 光 波导 更具优 越 性 ， 避免 了这 些 离子 的 不足之 处 ， 其折 射 率 差可 达 ０ ２ 。在 温 度低 于玻 璃 转 变温 ．６
目前 研 究 最 多 的是 由含 Ｎ 玻 璃 与 含 鲰 ， ａ
ｕ Ｋ ， 熔盐 进行 离 子 交换 之 后 所 得 的光 波 导 。 尽
富 ， 利 于实验 进行 。 有
．
我们 用 两 步 离 子 交 换 法 制 作 掩 埋 式 光 波 导 。 首 先 ， 酒精 将坩埚 清 洗干 净 ， 入 Ｔ Ｏ 与 Ｚ Ｓ ， 用 放 Ｉ Ｓ ｎＯ
１ 实 验
本实验 用 １ １ 与 Ｎ 交 换 来 制 作 掩 埋 式 光 波 ａ 导 ， 为 这 两 种 离 子 折 射 率 差 较 大 ， 达 ０２ ， 因 可 ．６ 比 ｕ ， ａ Ｋ Ｎ ， 两 两 交 换 的 折 射 率 差 大 了 一 个 数 量
导 。 如 图 １ 。
是 降低 １２０ １ｓ 的熔 点 ， ｎ Ｏ Ｚ Ｓ 只参 与 溶 解 并 不 影 响 实验 。同 时混 合 熔 盐 可 以提 高 平 衡 常 数 以促 进 离
子交换 。玻 璃样 品采 用 Ｋ 型玻 璃 ， 含 Ｎ 很 丰 它 ａ
面 的综合 装置 ， 如 ， 离器 ， 感器 ， 例 分 传 连接 器等 …。
属 银颗 粒 ， 这些 颗 粒 的存 在 会 大 幅 度增 加 光 损 耗 ， 同时还 会在 光 传 感 器 的某 些 有 用 波段 上 产 生 光 吸
收 。
本 文提 出 了用另 一种材 料 １ 为原料来 做 玻 １作 璃光功 率 分 配 器 。这 篇 论 文 中我 们 展 示 了 一 种 刻