电子科技大学集成光学考点大全

平板光波导中沿z方向的传播常数记为，它与真空中的波数之间的比值定义为有效折射率N
平板光波导中的导模除了满足全反射以外，还应该满足横向谐振条件，即光在波导层的两个界面往返一次，在x方向上应该满足相涨相干条件（同相位）。
对称平板光波导:基模不截止（m=0），即无论如何都存在。
非对称平板光波导:基模可能截止，即有可能不存在。
电光效应：某些晶体（各向异性介质）在外加电场的作用下，其折射率发生变化，当光波通过此介质时，传播特性就受到影响而随着电场的变化规律改变。
M-Z型电光波导强度调制器
声光效应是指声波与光波的相互作用，具体地说，就是光波被介质内的超声波衍射或散射的现象，声光效应是弹光效应的一种表现。
根据声波和光波的波长以及相互作用区域的长度L的相对大小，存在两种不同的极端声光衍射现象：拉曼-奈斯衍射[低频，面相位光栅]和布拉格衍射[高频，体相位光栅]。
布拉格衍射的显著特点：衍射光强分布不对称，而且只有零级和+1或-1级衍射光。布拉格衍射由于效率高，且调制带宽较宽，故多被采用。
声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程。
磁光效应：光与磁场中的物质，或者光与具有自发磁化强度的物质之间相互作用所产生的各种现象。主要包括法拉第效应和科顿-穆顿效应。
粒子数反转分布（必要条件)+激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出。
激光稳定工作的2个条件：合适的谐振腔，增益大于或等于总损耗
激光振荡的相位调条件：L=
间接跃迁需要光子和声子两者参与，而直接跃迁仅需要光子参加，所以直接带隙半导体比间接带隙半导体在光学上更为有效。
回转器是指这样一种非互易器件，它能够使正向和反向传播的光波之间产生π弧度的相位差。了解隔离器，环形器。
半导体激光器是向半导体PN结注入电流，实现粒子数反转分布，产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。
产生激光的三个必要条件：受激辐射占主导地位、粒子数反转分布、有光学谐振腔
激光振荡的产生：
当波导A的模阶数 为奇数时，波导B和C的模阶数应为。
耦合长度：L0=π/2KK是耦合系数
同向耦合、反向耦合的相位匹配条件：（即）
附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值
插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值
分光比定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比【以上公式要根据定义写出来并记住】
为实现许多希望的功能提供了方便、灵活的途径。
混合集成光路的缺点：
光路的对准很困难，连接耦合损耗较大；
震动和热膨胀可能造成光路中各种元件的对准失配。
了解常见波导制作材料与波导制作技术
制造集成光波导常用的工艺方法：薄膜淀积、替位式掺杂、降低载流子浓度形成波导、外延生长、电光波导、氧化以及通道波导的制作方法。
波导损耗测量的基本方法：将已知光功率引进波导的一端，再测量从另一端出射的功率。[端焦耦合法,棱镜耦合法]
主要的几种耦合器：横向耦合器，棱镜耦合器，光栅耦合器，楔形耦合器
当两个介质波导靠得很近（波长量级）时，由于消逝场的作用（或光学隧道效应），会发生两个波导间的能量交换，称为波导间耦合，简称波导耦合。
为什么半导体激光器的阈值电流高？（问答）
吸收增加和量子效率下降这两个效应将造成产生激光所需阈值电流密度增大。
如何实现光场限制？
异质结激光器结构可以实现光场限制。在p-n结区产生更高的载流子注入效率，
并把载流子限制在结区
发射波长的控制？
采用基于各种各样Ⅲ-Ⅴ族材料的双异质结（DH）激光器、稀土掺杂
异质结激光器具有很好的性能，主要是由于光场限制和更有效的载流子注入与复合这两者的联合效应。
平板光波导的电磁场分析：亥姆赫兹方程适用于无源、无损耗、各向同性、均匀的非磁性介质平板光波导。
不可能存在束缚模或导模
衬底辐射模辐射模
结论：与波导层折射率差越大，场约束得越好。
导模的截止的原因：全反射条件被破坏。
马卡梯里近似解法的思路：两个平板波导完全独立。如果离截止点比较远，则光能量高度集中在波导区，忽略了4个角区的影响。由有效折射率法，两个平板波导不完全独立，计算得到的传播常数近似值大于马卡梯里近似解法的计算结果（有效折射率法更精确）。
称为导模截止波长，大于它时截止 时相应导模
截止， 称为导模介质厚度，对于非对称波导着波长的增大，同阶数的TM模先截止；对于对称波导随着波长的增大，同阶数的TE模和TM模一起截止，且基模的截止波长无限大，即基模不截止。
基模传输：保证只有模和模，其他模截止。
单模传输：保证只有模，其他模截止。
阶数越高，传播常数越小。
介质光波导（简称光波导）是一种能够将光波限制在其内部或其表面附近，引导光波沿确定方向传播的介质几何结构。
导模,光能量被限制在波导层中，沿z方向有效传播。
衬底辐射模,部分光能量进入衬底辐射掉；光能量不能被严格限制在波导层中沿z方向有效传播。
辐射模,部分光能量进入衬底和覆盖层辐射掉；光能量不能被限制在波导层中沿z方向有效传播。
DH激光器（双异质结激光器）与其他半导体激光器相比，效率高而所需阈值电流最小。
SH激光器的Jth还相当大，必须以脉冲方式运转，DH激光器能以连续方式运转
利用分布式反馈激光器可以解决集成光路中难形成反射面的问题
分布式反馈激光器性能特点：1.波长选择性（好）2.光发射线宽窄3.稳定性好
耗尽层光电二极管实质上是一个反向偏置的半导体二极管，它的反向电流受耗尽层内或耗尽层附近因吸收光子而产生的电子-空穴对的调制，工作须施加相当大的偏压
具有周期性结构的波导可以解决相位匹配问题，它在光栅耦合器、滤波器、分布反馈激光器以及分布布拉格反射激光器等集成光学器件中具有广泛应用。
矩形皱纹周期性波导：为了实现有效耦合，总是选定皱纹周期使得对于某特定奇数值满足。s是模式的阶数：
可作布ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ格反射滤波器。
周期性波导中，满足相位匹配条件
实现光波调制的两种方式：内调制和外调制
耗尽层光电二极管的总电流由两部分组成：分别是漂移电流和扩散电流
PIN光电二极管具有如下主要特性：(1)量子效率和光谱特性。(2)响应时间和频率特性[PIN光电二极管响应时间或频率特性主要由光生载流子在耗尽层的渡越时间τd和包括光电二极管在内的检测电路RC常数所确定](3)噪声[散粒噪声和热噪声]。
雪崩光电二极管(APD)工作原理：高速运动的电子和晶格原子相碰撞，使晶格原子电离，产生新的电子-空穴对。新产生的二次电子再次和原子碰撞。如此多次碰撞，产生连锁反应，致使载流子雪崩式倍增。
三种常用的掺杂方法：扩散、离子交换和离子注入。（填空题）
光波导损耗指什么？
导模在介质波导中传播时，因波导材料的吸收、散射或辐射等原因而导致的功率损耗，称为波导损耗。
分贝损耗系数(dB/cm)的定义式为
常见损耗分为:1.散射损耗（表面损耗[反射次数太多，越高阶模损耗越大]和体损耗[体损耗一般可忽略不计]）2.吸收损耗（带间吸收和带内吸收）3.辐射损耗[曲率半径小于一定的值后，辐射损耗会急剧增加。]
提高发光效率的办法：
1.减小PN结的相应结区
2.选择吸收系数低的材料
半导体激光器的效率随着温度的上升而下降，这是因为存在以下两个效应：
第一，吸收增加
第二，量子效率（ηq）下降。产生后一种效应是因为当温度升高时，热激发使电子和空穴的能量分布扩展到较宽范围，于是对于给定的任一注入输入电流，具有适当能量间隔的对受激辐射起作用的电子-空穴对就较少。
渐变折射率平板光波导
阶跃非对称渐变折射率平板光波导的横向谐振条件：光线在相邻两个全反射点（或拐点）之间的x向相位变化为2mπ。
对于对称渐变折射率平板光波导，其横向谐振条件为：导模光线在相邻两个上（或下）拐点之间的x向相位变化为2mπ。。
混合集成光路的主要优点（易考选择题）：
可以用现有工艺在最佳衬底材料上实现单个器件的最佳性能，然后通过机械对准或粘接的方法将不同器件连接起来构成整个系统，实现系统的最佳工作性能；
只有传播常数相等或接近相等的模式之间才能发生有效的耦合
定向耦合器中有两个传播常数不同的本征模。
模式转换服从“传播常数最接近”原则，即波导A中的导模向波导B和C转换时，只转换到传播常数与之最接近的那阶导模。同时，模式转换还必须服从模场随z增加而连续变化的原理。
模式转换的规则：
当波导A的模阶数 为偶数时，波导B和C的模阶数应为；