光波导理论2012-3

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光波导(光纤)传输理论

Ez1 (r, , z) e
jz
sin m A1J m (Ur / a)
ra
Ez 2 (r, , z) e jz sin m A2 Km (Wr / a)
ra
H z1 (r, , z) e jz cosm B1J m (Ur / a)
H z 2 (r, , z) e jz cosm B2 Km (Wr / a)
第四章光波导（光纤）传输理论
内容提要
1.射线理论和波动理论基础。 2.应用波动理论分析均匀光纤中的光波电磁场；对弱导波光纤，又用LP模方法进行了近似分析。 3.应用射线理论分析均匀和非均匀光纤中光波电磁场的特性。 4.导模截止条件和光纤中的单模传输条件等。 5.光纤的传输特性：衰减和色散。
可得：
即有：
B2=B/Km(W)
将上述关系代入（4.8）式中，得：
Ez1 (r, , z) Ae
Ez 2 (r, , z) Ae
jz
jz
sin m J m (Ur / a) / J m (U)
cosm J m (Ur / a) / J m (U) sin m Km (Wr / a) / Km (W)
4. 带状结构光缆 —— 把多根形成多个短形光纤叠层，放入松套管内，可做成束管式结构。
层绞式光缆
骨架式光缆
中心束管式光缆图
带状结构光缆
4.2光纤的导光原理
光纤属于介质圆波导，分析导光原理很复杂，可用两种理论进行：首先用波动理论讨论导光原理(复杂、精确) 然后采用射线理论分析导光原理(简单、近似)
2 2
式中
k 0 r 0 r k 0 n
2 k 0 0 0 0

光波导理论与技术讲义

DWDM业务：想要构建属于自己的光纤网络的独立运营商，可以结合使用WDM与FSO来完成部分链路的传输，以节省光纤租赁费用。
光波导理论与技术讲义
尽管存在一些问题，但在低成本、快速组网等方面具有较大优势的FSO的市场前景非常广阔。在未来几年里，它将作为一个主要的手段进入本地宽带接入市场，特别是没有光纤连接的中小企业。据预测，一两年内，FSO市场会形成一定规模，到2005年可达到20亿美元。
光波导理论与技术讲义
光与
光通信的发展进程
*三千多年前，我国的周朝就有利用烽火台传递信息的通信；
*1880年，贝尔发明光电话； *1960年，人类研制成功第一台激光器； *1970年，低损耗光纤由美国康宁公司研制成
功；
从此，进入了光纤通信迅猛发展的时代。
光波导理论与技术讲义
四个发展阶段
第一代：0.85μm的多模光纤(1976年，亚特兰大 44.7 Mb/s);
光波导理论与技术讲义
空间光通信技术 (FSO)
光波导理论与技术讲义
*光纤通信与无线通信是当前的热门技术。
*一种新型宽带接入技术——自由空间光通信系统（FSO：Free Space Optical communication system），是二者结合的产物。
*FSO不是用光纤作为传输媒介,是在空气中用激光或光脉冲在THz光谱范围内传送分组数据的通信系统。
• 850纳米的设备相对便宜，一般应用在传输距离不太远的场合。
光波导理论与技术讲义
安全保密性强。FSO的波束很窄，定向性非常好，并且用户到集线器之间的链路通常是加密的，安全保密性较强。
光波导理论与技术讲义
协议透明。FSO以光为传输媒介，任何传输协议均可容易地叠加上去，对语音、数据、图像等业务可以做到透明传送。

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。

第三章光波导光线理论

x
dr n(r) (r) 因此 ds 相位梯度等于路径切线方向上的单位光程
dr r ds n(r)
上式对路径 S 求导等式右边：
d ds
dr d n(r) ds ds (r)
d d(r) dr (r) ds r ds ds
jk0 e jk0 r r E0 r j 0 H 0 r e jk0 r
r E0 r
0
k0
0 H 0 r H 0 r H 0 r 0 0
• 由麦克斯韦方程其他三个方程同样处理，得到：
分量
Z 分量
d dθ 2nr dθ dr 0 nr ds ds r ds ds
d dz nr 0 ds ds
d dr dnr dθ nr rnr ds ds dr ds
r E0 H0 n2 r H0 E0 r E0 0
r H0 0
（3.1a）（3.1b）（3.1c）（3.1d）
E
相位梯度
H
• 三个矢量正交，相位梯度与波面法线方向一致。 • 条件： 0, k0 • 将（3.1a）代入（3.1b）， • 利用矢量恒等式 A B C A C B A B C
• 定义相对折射率差：
n1 n1 n1 n2 c n2
（ 3.9 ）
• 最大时延差：
2 2 n1 n2 n1 n2 1 2 2n1 n1
（ 3.10 ）
max n1 / c
（ 3.11 ）

第一章光波导基本理论

思考：光在1、2和1、3表面全反射时分别产生了一个附加相位，为什么？
tan
12

p

tan
13

q

思考：全反射时相位是否会发生改变？
入射角对反射系数相位的影响
光疏光密
光密光疏
思考：全反射时发生的相位变化大小怎么求？
只要想到反射折射的大小变化，首先想到菲涅尔公式
rTE(或 rs)=n n1 1c co oss1 1 n n2 2c co oss2 2 代入折射定律 n 1 s in 1 n 2 s in 2
13

q

思考：该方程中各字母的物理意义
是相位的单位
1、2界面反射时产生的相位
K为x方向的波矢
2 h 2 m 2 1 2 2 1 3
1、3界面反射时产生的相位
从射线光学角度重新分析 TE偏振的本征方程
2 h 2 m 2 1 2 2 1 3 ,m 0 , 1 ,2 . . .
估算 h的值
h 1 .8 7 6 1 c o s
思考：波导芯层厚度对解的数量有什么影响？
思考：波导芯层折
射率n1对解的数量有什么影响？
思考：解的数量还和什
hk0n1hcos 么因素有关？
还需满足解出的θ大于临界角
sin c

n2 n1
影响平板波导本征解数量的因素
对一个多模波导或光纤，你是否能辨别出每个模式？
线性独立本征解的线性叠加
从量子力学的角度来看平板波导对光的束缚
Helmholtz equation:
[ 2 x k 0 2 n 22]U (x) 0

光波导原理及器件简介

包层n 2 芯区n 1 图1. 三层平面介质波导图2. 矩形波导图3. 圆光波导图4. 椭圆光波导光波导原理及器件简介摘要：20世纪60年代激光器的出现，导致了半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科的涌现。

20世纪70年代，由于半导体激光器和光纤技术的重要突破，导致了以光导纤维通信、光信息处理、光纤传感、光信息存储与显示等为代表的光信息科学技术的蓬勃发展，而导波光学理论是光通信技术的基础，同时也是集成光学、光纤传感等学科的基础。

本文简述了光波导的原理，并着重介绍光波导开关。

关键词：光波导，波导光学，平面光波导，光波导开光1.引言1.1光波导的概念波导光学是一门研究光波导中光传输特性及其应用的学科。

以光的电磁理论和介质光学特性的理论为基础，研究光波导的传光理论、调制技术及光波导器件的制作与应用技术。

导波光学系统是由光源、光波导器件、耦合器、光调制器及光探测器等组成的光路系统。

光波导是将光波限制在特定介质内部或其表面附近进行传输的导光通道。

简单的说就是约束光波传输的媒介，又称介质光波导。

介质光波导的三要素是：“芯/包”结构，凸形折射率分布（n1>n2），低传输损耗。

光波导常用材料有：LiNbO3、Si 基（SiO2、SOI ）、Ⅲ-Ⅴ族半导体、聚合物等。

1.2光波导的分类按几何结构分类，光波导可分为：平面（平板）介质波导，矩形（条形）介质波导，圆和非圆介质波导。

按波导折射率在空间的分布分类，光波导可分为：非线性光波导（n=n(x,y,z,E)），线性光波导（n=n(x,y,z)）。

线性光波导又可分为：纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)），纵向均匀（正规）光波导（n=n(x,y)）。

2.光波导的原理简介一种为大家所熟知的介质光波导就是通常具有圆形截面的光导纤维，简称为光纤。

然而，集成光学所注重的光波导往往是平面薄膜所构成的平板波导和条形波导，这里，我只讨论平面光波导。

最简单的平板波导由三层材料所构成，中间一层是折射率为 n1的波导薄膜，它沉积在折射率为 n2的基底上，薄膜上面是折射率为 n3的覆盖层，一般都为空气。

第六讲：光波导理论

几何光学分析
光线轨迹：锯齿形折线图中平面波的波矢量为：（设n1> n2> n3) k1 | k |=k0n1 k1 = k0n1 sin θ = k0n1cosθ

x
k
β
d
θ
n3 n1
z
0 n2
29
根据全反射临界角的计算公式：

n2 c12 arcsin( ) n1 （1）导模条件：光线在上下界面都发生全反射。 c13 , c12 < < 求得 n2 k0 < < n1k0 2 （2）部分反射，光线在上界面发生全反射,下界面部分反射有辐射模。（导模截止） c13 < < c12 有： n3k0 < < n2 k0 （3）在上下界面都发生部分反射。能量被同时辐射到上下包层中去。 < c13 < c12 得到： < n3k0 < n2 k0
第六讲
集成光学理论
1
一、集成光学概述
一、概念集成光学是指利用平面光波导结构将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。并以此为基础集成不同结构与功能的大量光子学器件。
2
二、光集成的类型
1、从集成方式上划分－－
“光－光集成”
和“光电集成”；
2、从集成形式上划分－－单片集成和混合集
d2 Z kz 2 Z 0 dz 2
2 kx kz2 k12 2 2 m k 2 （2）
（1）
31
场量可写为： E (r , t ) E ( x)e i ( z t ) H (r , t ) H ( x)e i ( z t )

光波导原理

光波导原理
《光波导原理》
一、什么是光波导？
光波导是一种在光学和通信领域彻底改变了传输和传输的结构
的新型光纤，它具有非常宽的带宽，可以传输大量的经济实用的信息，是一种极具有应用前景的新型光纤。

二、光波导的结构
光波导是一种结构特殊的光纤，其基本结构包括：一个芯线和外面的聚合物层，两者夹在一起，芯线由透明的垫片和特殊折射率的金属包围，它可以导入和导出光，其基本原理是以一种精确的半径折射的金属结构将光纤管内的激光光从外部引入到管内，并可以在芯线的内部传播。

三、光波导的优点
1、光波导具有非常宽的带宽，可以传输大量的经济实用的信息。

2、由于金属结构的折射率可以很好地抑制外部干扰，它可以保证传输数据的稳定性。

3、它可以有效地减少传输信息需要的光纤的数量，因此可以节省建设成本。

4、由于光波导只需要很少的维护，使用寿命比传统光纤更长久。

四、光波导的应用
光波导的应用非常广泛，主要用于移动通信、数据传输、电缆系统等。

它可以将高清的视频信号、音频信号、电脑数据以及其他类型
的信号传输到不同的地方。

而且它可以在相同的线路上传输多种不同类型的信号，可以同时传输多路信息，可以有效地提高信息传输效率。

光波导理论与技术讲义

04
光波导的应用
光纤通信
光纤通信概述
光纤通信是一种利用光波在光纤中传输信息的技术。由于光纤具有低损耗、高带宽和抗电磁干扰等优点，因此光纤通信已成为现代通信的主要手段之一。
光纤通信系统
光纤通信系统主要由光源、光纤、光检测器和传输控制设备等组成。其中，光源用于产生光信号，光纤作为传输介质，光检测器用于接收光信号，传输控制设备负责对整个系统进行管理和控制。
03
光波导材料
玻璃光波导
玻璃光波导是一种以玻璃为介质的光波导器件，其具有优秀的光学性能和机械性能，被广泛应用于光纤通信、光传感等领域。
玻璃光波导的主要优点是光学性能优异、机械强度高、化学稳定性好等，但其缺点是制备工艺复杂、成本较高。
玻璃光波导的制备工艺主要包括预制棒制作、拉丝、涂覆等环节，这些工艺过程需要精确控制，以保证光波导的性能和稳定性。
聚合物光波导
1
聚合物光波导是一种以聚合物为介质的光波导器件，其具有制备工艺简单、成本低、易于加工等特点。
2
聚合物光波导的制备工艺主要包括薄膜制作、光刻、刻蚀等环节，这些工艺过程相对简单，有利于大规模生产。
3
聚合物光波导的主要优点是制备工艺简单、成本低、易于加工等，但其缺点是光学性能较差、机械强度较低。
A
B
C
D
模块化与小型化
为了适应现代通信系统的需求，光波导放大器正朝着模块化和小型化方向发展。
增益均衡
由于不同波长的光信号在光纤中的传输损耗不同，因此需要实现光波导放大器的增益均衡，以保证信号的传输质量。
光波导开关
开关原理
光波导开关利用电场或热场对光波的传播方向进行控制，实现光

光波导理论

1.2.1 集成光学系统与离散光学器件(qìjiàn)系统的比较
? (1)光波在光波导中传播，光波容易控制(kòngzhì)和保持其能量。
? (2)集成化带来的稳固(wěngù)定位。
? (3) 器件尺寸和相互作用长度缩短；相关的电子器件的工作电
压也较低。
? (4) 功率密度高。沿波导传输的光被限制在狭小的局部空间，
平板波导几何光学分析 2012 年2月
集成光学(guāngxué)主要应—用—（光三纤）传感
? 光纤传感器具有抗电磁干扰和原子(yuánzǐ)辐射、重量轻、
体积小、绝缘(juéyuán)、耐高温、耐腐蚀等众多优异的性
能，能够对应变、压力、温度、振动、声场、折
射率、加速度、电压、气体等各种参数进行精确
多样，研究开发中
第二十页，共40页。
平板波基导本几平何光面学工分艺析，已2成012熟年2月
§1.3 集成光学(guāngxué)的发展和现状
1.3.1 发展(fāzhǎn)简史
1962 年开发(kāifā)出了第一个半导体同质结激光二极管，但其效率
较低，阈值电流较大，不能在室温下连续工作。
1967 年异质结外延生长技术的出现，拉开了半导体激光器实用化的序幕。
器、窄带响应集成光电探测器、路由选择
的波长变换器、快速响应光开关矩阵、低损耗多址波导分束器等。
第十二页，共40页。平板波Leabharlann 几何光学分析2012 年2月
集成光学主要(zhǔyào)应用—（—二光）子(guāngzǐ)
? 光子(guāngzǐ)计算机：
光子计算机是一种全新的计算机，是以光子作为主要的信息载
导致较高的功率密度，容易达到必要的器件工作阈值和利用非

电磁场课件-第三章光波导

模式色散
同一模式的光在不同频率下具有不同的相速度，导致模式色散。
04
光波导器件
光波导调制器
定义
应用
光波导调制器是一种利用电场或磁场改变光波在波导中的传播特性的器件。
在光纤通信、光信号处理等领域有广泛应用。
工作原理
通过在波导中施加电场或磁场，改变波导的折射率，从而实现对光的调制。
光波导放大器
电磁场课件-第三章光波导
目录
• 光波导的基本概念 • 光波导的原理 • 光波导的特性 • 光波导器件 • 光波导的发展趋势
01
光波导的基本概念
光波导的定义
总结词
光波导是一种能够控制光波在其中传播的介质，通常由折射率较高的材料构成。
详细描述
光波导是一种光学器件，其作用是引导光波沿着特定的路径传播。它通常由两种折射率不同的介质构成，通过内层的高折射率材料和外层的低折射率材料的组合，使光波在界面上发生全反射，从而被限制在光波导内部传播。
模式传播
01
光波导支持多种光模式传播，每种模式具有不同的相位常数和
偏振态。
全反射
02
当光波的入射角大于临界角时，光波将在波导界面上发生全反
射，从而实现光的导引。
波导限制
03
光波导能将光限制在波导横截面内，防止光辐射到外部空间，
实现光的束缚。
光波导的损耗特性
吸收损耗
光波导材料对光的吸收导致光能转化为热能，造成光的损耗。
光波导器件的可靠
性
提高光波导器件的可靠性、稳定性和寿命，以满足实际应用的需求，降低维护成本和使用风险。
光波导技术的应用发展
光通信领域
利用光波导实现高速、大容量的信息传输，是未来光通信的重要发展方向。

简明光波导模式理论

简明光波导模式理论光波导模式理论是光学领域中的重要理论之一，它主要研究光在波导结构中的传播模式和特性。

在本文中，我们将简要介绍光波导模式理论的基本概念、原理、种类和特点，以及在光电子学、光通信等领域的应用，并分析其优缺点及改进方向。

1、光波导模式理论的基本概念和原理光波导模式理论主要研究光在波导结构中的传播模式和特性。

波导结构是指能够约束和引导光波传播的介质层或光纤。

根据麦克斯韦方程组和波动光学理论，光波导模式理论可描述为在波导结构中传播的光波的电磁场分布和传播常数之间的关系。

在光波导中，光波的电磁场分布在横向和纵向两个方向上，因此光波导模式理论包括横向模态和纵向模态。

横向模态是指光波在波导结构横截面上的场分布，它包括多种模式，如基模、高阶模、辐射模等。

纵向模态是指光波在波导结构长度方向上的场分布，它描述了光波的传播行为，包括相速度、群速度、衰减等参数。

2、光波导模式的种类和特点根据光波在波导结构中的传播特性和横向模态，光波导模式可分为多种类型。

其中，常见的类型包括：(1)基模（Fundamental Mode）：基模是波导结构中最基本的横向模态，它的场分布具有对称性，并且在横向方向上具有最小的光强分布。

基模的传播常数较小，具有最小的衰减系数。

(2)高阶模（Higher-order Mode）：高阶模是波导结构中除基模以外的其他模态，它的场分布具有非对称性，并且在横向方向上具有较大的光强分布。

高阶模的传播常数较大，具有较大的衰减系数。

(3)辐射模（Radiation Mode）：辐射模是波导结构中不限制光波传播的模态，它的场分布不受波导结构的限制，并且可以向外部辐射能量。

辐射模的传播常数最小，衰减系数也最小。

3、光波导模式在光电子学、光通信等领域的应用光波导模式理论在光电子学、光通信等领域具有广泛的应用价值。

例如，在光电子器件方面，光波导模式理论可用于分析器件的性能和使用条件。

在光纤通信方面，光波导模式理论可用于研究光的传输和信号处理。

《光波导理论》课件

02
光波导的传输特性
光的全反射与临界角
光的全反射
当光线从光密介质射向光疏介质时，如果入射角大于临界角，光线将在光密介质和光疏介质的界面上发生全反射，即光线全部反射回光密介质，不进入光疏介质。
临界角
当光线从光密介质射向光疏介质时，光线发生全反射的入射角称为临界角。临界角的大小取决于光密介质和光疏介质的折射率。
光波导集成技术的挑战
光波导集成技术的发展趋势
主要在于如何提高集成器件的性能、降低成本并实现大规模集成。
随着新材料、新工艺和新结构的研究，光波导集成技术有望在未来实现更高的性能和更低的成本。
光波导量子技术
光波导量子技术概述
光波导量子技术利用光波导作为量子信息的载体，实现量子信息的传输和处理
。
03
光波导器件
光波导调制器
定义
光波导调制器是一种利用电场或磁场改变光波在波导中的传播特
性的器件。
工作原理
通过在波导上施加电压或电流，改变波导的折射率，从而实现调制光波的相位、幅度和偏振状态。
应用
用于高速光通信、光信号处理和光传感等领域。
光波导放大器
01
02
03
定义
光波导放大器是一种利用波导中的介质放大光信号的器件。
随着光学信号处理和光学控制的需求增加，光波导非线性效应有望在未来实现更高效的应用。
05
光波导理论的发展前景
光波导在通信领域的应用前景
高速光通信
光波导理论的发展使得光波导器件在高速光通信中具有更高的传输效率和稳定性，为大数据、云计算等领域提供了更可靠的技术支持。
光纤到户
随着光波导理论的不断完善，光纤到户的覆盖范围和传输速度将得到进一步提升，为家庭宽带接入提供更优质的服务。

光波导理论2012-3

arctg TE
TM C
0
2 2 2d n1 n2
arctg TM
TE TE (m 0) C C
0 m
TE模中TE0 具有最长的截止波 TM 模中 TM0 具有最长的截止
长（最不易截止）。
TM TM (m 0) C C
0 m
波长（最不易截止）。
§1.2 平板波导电磁场分析 2012年2月
E E 0 2 E 0 t
2 2
利用
D = 0
E = -
E

同样，将麦克斯韦方程(2)取旋度，将式(1)代入，并利用 B 0
2 H 2 H 0 2 ( H) 0 t
TE arctg 12 TM arctg 12
n 2, n1
cos 1 cos 1
cos 1 cos C 12
0 0
2 2 n1 n2 n1
si n2 1 ( n2 / n1 ) 2
( n1 / n2 ) 2 si n2 1 ( n2 / n1 ) 2
E ( E) 0 2 t
2
利用可得
( E) = ( E) - E
2
E ( E) - E = 0 2 t
2 2
§1.2 平板波导电磁场分析 2012年2月
( A) = A + ( A)
0
模传输条件：
TE TE C C
1
0
§1.2
平板波导电磁场分析
2012年2月
5、截止厚度由(临界)截止特征方程，可以得到
TE TM

光波导理论与技术讲义(总结)

生物传感器
通过光纤传感器与生物分子的结合，实现对生物分子浓度的检测。
环境监测
利用光纤传感器对环境中的气体、水质等进行实时监测。
医疗领域
光学成像
光波导在医疗成像领域有广泛应用，如内窥镜、显微镜等。
激光治疗
利用光波导将激光能量传输到病变部位，进行无创手术。
光学诊断
利用光波导技术对生物组织进行光谱分析，辅助疾病诊断。
详细描述
光波导的核心原理是光的全反射。当光波在两种不同折射率的介质交界面上满足一定条件时，光波将在交界面上发生全反射，即光波的全部能量都将被束缚在较高折射率的介质中传播。通过控制光波的相位和振幅，可以实现光的定向传播、分束、调制等功能。
02 光波导技术
光波导制造技术
1 2
玻璃光波导制造技术
利用高温熔融玻璃的特性，通过控制温度和拉丝速度，制造出不同规格的玻璃光波导丝。
02
利用光波导对外部物理量的敏感特性，开发出各种光传感器，
用于测量温度、压力、位移等物理量。
光信号处理
03
利用光波导的特殊传输特性，开发出各种光信号处理器件，用
于信号的调制、解调、滤波ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ处理。
03 光波导发展现状与趋势
光波导发展现状
01
02
03
传统光波导材料
石英玻璃、聚合物等传统材料在光波导领域应用广泛，技术成熟。
适用范围
光纤主要用于长距离通信，而光波导常用于小型化、集成化的光学系统中。
光波导与光子集成电路的比较
集成度
光子集成电路实现了更高程度的集成，包含了多种功能器件。光波导通常只用于单一功能。
设计灵活性
光波导可以定制化设计，以实现特定的光学特性。光子集成电路则更注重于系统的整体优化。

光波导理论

2e

x 2d
d
2

dEy ( ) d
( 2 4w 2 ) E y ( ) 0
x0
这是典型的2w阶Bessel方程，解为 J2w() 和 J-2w()。
光波导理论与技术 2012年3月
Jn(x)
J0(x)
3.831
J1(x)
2.405
x
后者在 =0(x) 时发散，舍去。要求 w 为实数，否则，方程无意义。
光波导理论与技术 2012年3月
考虑n(x)，仅随x变化，而且， (x)=ro= n2(x)o，可以推得在折射率随x变化的介质中，波动方程
d 2 E x ( x ) d E x ( x ) dn2 ( x ) 2 2 2 [ ] [ n ( x ) k ]E x ( x ) 0 0 2 2 dx dx n ( x ) dx
d 1 J n ( z ) [ J n1 ( z ) J n1 ( z )] dz 2
x qx [ AJ 2 w ( 2e 2 d )] [ Be ] x 0 x 0 x qx [ AJ ( 2e 2 d )] [ Be ] 2w x 0 x 0 AJ 2 w ( 2 ) B A [ J 2 w 1 ( 2 ) J 2 w 1 ( 2 )] 2dqB
n1sin1= n2sin2
n1 > n2，2 >1 n2sin2 = n3sin3 n2 > n3，3 >2
……
n(x) x
1 2 3 4
n1 n2 n3
Z

A
光波导理论与技术 2012年3月
n(x)
x x1 x1, x2, x2

《光波导理论教学课件》

光波导的损耗
光波导在传输过程中会有一定的损耗。减小损耗是提高光波导性能的重要任务。
光波导的参数
模式场分布
光波导中的光信号可以以不同的模式传播。模式场分布描述了光信号在波导中的空间分布。
色散和群速度
光波导中的色散和群速度是表征光信号传输特性的重要参数。色散影响信号传输质量，群速度影响传输速度。
光波导理论教学课件
欢迎大家来到《光波导理论教学课件》。本课程将为您介绍光波导的基本概念、结构、传输特性、参数、应用以及未来发展。让我们一起探索这项令人惊叹的领域！
简介
光波导的定义
光波导是一种用于传输和控制光信号的结构。它基于光的全内反射原理，使光能在其内部进行传播。
光波导的分类
光波导可以根据其结构和材料的不同进行分类。常见的分类包括单模光波导和多模光波导。
光波导的带宽
光波导的带宽决定了其传输信号的容量。提高光波导的带宽对于扩大传输能力至关重要。
光波导的应用
光通信
光波导在光通信领域有广泛应用。它可以实现高速、远距离和大容量的光信号传输。
光计算
光波导在光计算中的应用正在得到越来越多的关注。它具有并行计算、低功耗和大规模计算的优势。
光传感
光波导在光传感中发挥着重要作用。它可以实时监测环境变化、生物指标等，并具有高灵敏度和快速响应。
光波导的层次结构
光波导可以根据其层次结构进行设计。不同的层次结构可以影响光的模式传播和参数。
光波导的传输特性
1
正向和反向传输
2
光波导可以实现正向和反向传输。正向传输
用于将光信号从发射端传输到接收端，反向
传输可用于监测传输质量。
3
光波导中的光传输