集成光学考试总结讲解学习
电子科技大学集成光学考点大全
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。
光学实验期末总结
光学实验期末总结光学实验是物理学专业和光学类相关专业的一门重要实验课程，通过这门实验课程的学习，我对光学的基本原理和实验技巧有了更深入的了解，并掌握了一些常见的光学实验方法和仪器的使用。
本文将对我在光学实验中的学习和经验进行总结。
首先，对于光学实验的学习，我们需要掌握一些基本的光学知识。
光学实验的基础知识主要包括几何光学、物理光学和波动光学等内容。
通过课本的学习和老师的讲解，我对这些光学知识有了一定的了解，但仅仅了解理论知识是远远不够的，实际操作才是真正掌握光学知识的关键。
在实验中，我们需要理解实验的目的和步骤，并能正确地操作仪器和测量数据，只有通过实践才能真正掌握光学知识。
光学实验中最常见的实验方法之一是干涉实验。
干涉实验是通过将两束相干光重叠在一起，观察干涉图案来研究光的性质。
我在实验中进行了杨氏双缝干涉实验和劈尖干涉实验。
通过这些实验，我深刻理解了干涉现象的产生机制和干涉条纹的形成规律。
此外，我还用干涉仪研究了光的波长和薄膜的非均匀厚度等效应。
通过这些实验，我对干涉的原理和应用有了更深入的了解。
另一个重要的实验方法是衍射实验。
衍射实验是通过光线的衍射现象来研究光的性质。
我在实验中进行了单缝衍射和双缝衍射实验。
通过这些实验，我深刻理解了衍射的产生机制和衍射图样的形成规律。
除此之外，我还进行了衍射光栅实验，通过测量衍射光栅的角度和条纹间距来确定光栅常数。
通过这些实验，我对衍射的原理和应用有了更深入的了解。
此外，我还进行了偏振实验。
偏振实验是通过研究偏振光的性质来揭示光的振动规律。
我在实验中进行了偏振片的使用和测量不同角度下的透光光强度，通过这些实验，我深入理解了偏振光的性质和偏振片的工作原理。
除此之外，我还用偏振显微镜观察了各种物质的偏振现象，通过这些实验，我对偏振的原理和应用有了更深入的了解。
在光学实验中，仪器的使用和数据处理是非常重要的。
光学实验中常用的仪器有干涉仪、显微镜、光栅等。
我们需要熟悉这些仪器的使用方法和操作技巧，只有熟练掌握仪器的使用，才能正常进行实验并获得准确的数据。
光学体系知识点梳理总结
光学体系知识点梳理总结一、光学基础知识1. 光的本质光是电磁波的一种，是一种由电场和磁场交替而成的波动现象。
光是由光源发出，经过介质传播，最终影响我们的视觉系统。
2. 光的特性（1）波动特性：光具有波动性，可以表现为干涉、衍射、偏振等现象。
（2）微粒特性：光也具有微粒性，可以用光子模型解释光电效应、康普顿效应等现象。
3. 光的传播（1）直线传播：在均匀介质中，光沿着直线传播，遵循光的直线传播定律。
（2）折射现象：当光线从一种介质进入另一种介质时，会发生折射现象，遵循折射定律。
（3）反射现象：当光线从介质表面反射时，遵循反射定律。
4. 光的颜色白光是由所有可见光波长组成的，当光通过色散介质时，不同波长的光会按不同程度发生偏折，从而产生色散现象。
5. 光学仪器（1）凸透镜：透镜是一种光学元件，可以将平行入射的光线聚焦或发散。
（2）凹透镜：凹透镜同样可以将平行入射的光线聚焦或发散，与凸透镜形成对称。
（3）棱镜：通过对光的折射和衍射，可以实现光的分光和复合。
二、光学成像1. 成像原理成像是光学系统中非常重要的一部分，成像原理是指当物体放在一定位置时，通过透镜、镜面等光学元件可以在另一位置产生与实物相似的像。
2. 透镜成像透镜成像是指通过透镜实现对物体的成像，分为凸透镜和凹透镜成像。
3. 成像公式成像公式是描述透镜成像的数学关系式，可以根据物距、像距、焦距等参数计算成像的位置和大小。
4. 像的性质像的性质包括实像与虚像、正像与负像、放大与缩小等，是成像过程中需要了解的重要内容。
5. 透镜组成像透镜组成像是指通过不同透镜的组合实现对物体的成像，常见的透镜组包括双凸透镜组、凹凸透镜组等。
6. 成像畸变（1）球差：由于透镜的非理想性，会出现球差现象，导致成像的模糊和色差。
（2）色差：不同波长的光经过透镜时折射角度不同，会导致色差现象，影响成像的清晰度。
三、光学仪器1. 望远镜望远镜是一种基于透镜或镜面的光学仪器，可以放大远处物体的像，包括折射望远镜和反射望远镜。
光学期末重点总结
光学期末重点总结光学是研究光的性质、产生、传播、探测与应用的科学。
光学是物理学、化学、材料科学、电子技术等学科的重要基础。
光学已经广泛应用于现代科技和工业生产中，如激光、光纤通信、光学仪器等领域。
本文将对光学的基本概念和重要内容进行总结，以帮助读者复习光学课程。
一、光的本质和光的传播光既可以被看作是粒子也可以被看作是波动。
这种波粒二象性是光学中最基本的概念之一。
光速的恒定性和和普朗克常数与速度的乘积为常数的平行存在被称为光的量子理论和特殊相对论的基础。
光的传播可以通过几何光线法和波动理论来描述。
几何光线法主要使用光线和光线在界面上的反射和折射的规律，可以解决大部分与光路、光线夹角、光斑位置和大小有关的问题。
波动理论是一种更广泛适用的方法，可以描述光的干涉、衍射、散射等现象。
二、光的相干性和干涉相干性是指光波在时间和空间上的一致性。
光的相干性与干涉现象密切相关。
光的干涉是指两束或多束光波相互作用产生的干涉图样。
干涉可以分为同向干涉和反向干涉。
同向干涉中，两束光波以同一方向传播，可产生等厚干涉、等倾干涉、等交干涉等现象。
其中最典型的是杨氏双缝实验，它揭示了光的波动性和波粒二象性。
反向干涉中，两束光波以相反的方向传播，产生的典型现象是牛顿环和利萨茹图案。
牛顿环的原理是通过透镜和平板之间的干涉现象来实现精确测量，被广泛应用于实验室和工业生产中。
三、光的衍射和衍射光栅光的衍射是指光通过孔径或者物体的边缘时发生弯曲和扩散的现象。
波动理论可以有效描述光的衍射现象。
衍射会导致光斑的扩散、衍射图样的产生以及物体的像的模糊。
光的衍射也被广泛应用于光学仪器中，如显微镜、望远镜、光栅等。
光栅是一种具有规则周期性结构的光学元件，通过光栅的衍射原理，可以实现光的分光分析和频谱仪的构建。
光栅也是光学仪器中重要的元件之一。
四、光的散射和激光光的散射是指光通过物质时，发生方向的改变和强度的变化的现象。
散射可以分为弹性散射和非弹性散射。
集成光学3
E ( x, t ) Am E ( m ) ( x) exp[ j (t b m z )]
c.c代表前一项的复共轭项，m—第m个本征值
将上式代入到 2 E y 0 (r )
2 Ey t
2
0
2 Ppert (r , t ) t 2
并应用z方向缓变近似
d 2 Am dAm b m dz 2 dz
得到：
华南师范大学
集成光学
主讲人：刘柳
2 Ppert (r , t ) dAm ( z ) ( m) jbm dz Ey ( x) exp[ j(bm z t )] c.c 0 t 2 m
导波模与辐 射模的耦合
应用实例：棱镜-波导耦合系统
实际波导总存在微小的不均匀或不规则，导波模产生与局部缺陷相应的局部场
模式耦合：一部分光功率转换到辐射模或者其它导模中去
华南师范大学 集成光学 10 主讲人：刘柳
第三章 耦合模理论
• • • • 模式耦合 横向耦合 耦合模微扰理论 导模之间的耦合 同向耦合 反向耦合 • 导模与辐射模的耦合 棱镜耦合 • 光栅耦合
( Exs ) x ，并对x从-∞到+∞进行积分 将上式两边乘以
并应用本征模场分布函数的正交性
E
( m) y
E dx
(s) x
2
bm
s ,m
s ,m 当s=m, 为1，其余为0
物理光学基础知识点清单 2024高考总结及题型讲解
物理光学基础知识点清单 2024高考总结及题型讲解光学是物理学的一个重要分支，它研究光的传播、成像以及光与物质相互作用的规律。
在2024年的高考物理考试中，光学是一个非常重要的考点。
本文将为大家总结物理光学的基础知识点，并对可能出现的题型进行讲解。
1. 光的传播特性光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播过程中，光线按直线传播，遵循反射、折射、散射等规律。
2. 光的折射规律当光从一种介质射向另一种介质时，会发生折射现象。
折射规律由斯涅尔定律给出，即入射角的正弦与折射角的正弦之比为两种介质的折射率之比。
3. 光的反射规律当光从一种介质射向同种介质的边界表面时，会发生反射现象。
反射规律由伦琴定律给出，即入射角等于反射角。
4. 光的色散现象光的色散是指光在经过某些介质或光的传播过程中发生频率分离的现象。
常见的色散现象有正常色散和反常色散。
5. 光的干涉和衍射光的干涉是指两束或多束光相遇时，相互加强或相互抵消的现象。
光的衍射是指光通过孔径或者绕过障碍物后发生的偏离和扩散现象。
6. 光的偏振现象光的偏振是指光波中的振动方向在特定平面内进行的现象。
常见的偏振现象有偏振光的产生和偏振光的特性。
以上是物理光学的基础知识点，接下来我们将对可能出现的高考题型进行讲解。
1. 单选题单选题是一种常见的题型，考查基础知识的理解和运用。
例如，以下题目：【例题】光从光密介质射向光疏介质时，下列说法正确的是：A. 光的速度增加B. 光的频率降低C. 光的振动方向改变D. 光的波长变短正确答案为C，光的折射会导致光的振动方向改变。
2. 判断题判断题是一个考查基本原理理解和判断能力的题型。
例如，以下题目：【例题】光的反射规律是由斯涅尔定律给出的。
正确答案为错，光的反射规律由伦琴定律给出。
3. 计算题计算题是一个考查计算能力和物理公式运用的题型。
例如，以下题目：【例题】一束入射在玻璃-空气界面上的光线，入射角为45°，折射率为1.5。
《集成光学》考试标准试卷答案
《集成光学》试卷答案一、填空题1. 单片集成光路、混合集成光路、准单片集成光路（准混合集成光路）2. 埋入型、脊型、加载型、电压感应型3. 防止在分支点产生第二个横向模4. 拉曼-纳斯衍射、布拉格衍射5. 电信号的功率、电信号的频率6. 热扩散法、离子交换法、离子注入法7. 在流动气体中加入水蒸气8. 3.96二、判断题1. √2. ×3. ×4. √5.×6.×7. √8. √9. √ 10.×三、简答题1. 波导层上界面临界角)/arcsin(f c c n n =θ波导层下界面临界角)/arcsin(f s s n n =θ当 90<<θθs 时，导模；当s c θθθ<<时，衬底辐射模；当c θθ<时，包层衬底辐射模 2. ()0222022=-+∂∂y yH n k x H β xH n j E H n E y z y x ∂∂==20201,ωεωεβ 3. 弯曲波导外侧波导光的相速度大于内侧波导光的相速度，所以在大于弯曲波导半径部分的光波，在半径方向上存在着辐射损耗；弯曲部分入口处的场分布不匹配，使入射光的部分功率辐射进衬底造成功率损耗。
4. 布拉格条件→→→+=K q a b ββ5. 溅射法使溅射气体（Ar 、Ne 等惰性气体）通过放电等离子化，位于等离子体中的靶材（用于制作薄膜的材料）由于正离子的轰击，靶材的原子被打出，这些原子淀积在衬底上形成薄膜。
6. 7.8. 优点：1）在最佳条件下可以得到很高的耦合效率；2）可以从所有导模中任选一种激励；3）光栅器件可集成于波导中，体积小、性能稳定、价格便宜；4）调整光束入射位置时不需要特别严格的精度；5）可以激励宽度非常大的波导光。
缺点：1）设计需要复杂的理论计算，制作需要精湛的技术；2）器件参数制作后无法进一步调整；3）在三维波导情况下，光束截面匹配困难。
集成光学复习资料
第四章1. 电子跃迁的种类自发辐射、受激吸收和受激辐射2. 半导体激光器效率的各种定义和表达式，会求半导体激光器的发射波长。
半导体激光器的定义：(a) 功率效率：(b)内量子效率:(c)外量子效率:(d)外微分量子效率:定义为阈值以上每对复合载流子发射的光子数，表示为半导体发射波长计算：3. DFB和DBR激光器在结构和工作上有何不同？如何求它们的发射波长？结构：DFB由靠近有源区的波导层上沿长度方向制作的Bragg衍射光栅提供周期性的折射率改变，DBR根据波导功能进行分区设计，光栅的周期性沟槽放在有源波导两外侧的无源波导上，从而避免了光栅制作过程中可能造成的晶格损伤。
工作：DFB激光器的增益区同光栅区重叠，当驱动电流改变时，输出功率和发射波长同时改变；而DBR激光器的反射器和增益区分离，所以可以分别控制DBR激光器的输出功率（通过改变流过激射区的电流）和发射波长（通过改变流过光栅段的电流）。
发射波长的求解方法：1、 假设 是允许DFB发射的模式，此时,式中m是模数，L是衍射光栅有效长度2、 DBM：4. PIN光电检测器的基本参数及定义（1） 波长响应（光谱特性）(a) 上截止波长：；(b)下截止波长(当入射光波长太短时，光子的吸收系数很强，使光电转换效率大大下降。
)（2）光电转换效率(a)量子效率：入射在检测器上的一个光子所产生对光电流有贡献的光生载流子数目。
(b) 响应度：（3）响应速度：常用响应时间(上升时间和下降时间)来表示。
输入阶跃光功率时，光生电流脉冲由前沿最大幅度的10％上升到的90％，后沿的90％下降到10％的时间定义为脉冲上升时间和下降时间。
（4）光电二极管的暗电流 暗电流是指无光照时光电二极管的电流。
暗电流的随机起伏会形成暗电流噪声，对于PIN二极管它是一个主要噪声源。
（5）工作范围（波长响应范围）5. APD的工作原理：碰撞电离、雪崩倍增（填空）光生的电子空穴对经过高电场区时被加速。
(完整版)集成光学1
参考书
• 英文：
– 《An introduction to optical waveguides》, Wileyinterscience, M. J. Adams, 1981.
– 《Optical waveguide theory》, Allan W. Snyder, Springer, 1983.
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主讲人：刘柳
第一章 绪论
• 为什么叫光子学（Photonics）? • 什么是集成光学？ • 集成光学的历史发展 • 集成光学的优点 • 本门课主要讲述的内容概述
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第一章 绪论
• 为什么叫光子学（Photonics）? • 什么是集成光学？ • 集成光学的历史发展 • 集成光学的优点 • 本门课主要讲述的内容概述
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第二次结合
光与电第二次结合是1905年爱因斯坦将量子论用 于解释光电效应，并提出了光子的概念。他明确提出 当光作用于物质时，光是以“光子Photon”（光的能 量会集成一个个的“能包”）作为最小单位进行的。 光电探测器（光转电）和半导体激光器（电转光）分 别是光子——电子转换器和电子——光子转换器，它 们是光电相互依存和相互转化的典型例子。
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课程目的
• 通过本课程的学习，掌握集成光学设计的基本理论 和方法；熟悉集成光学器件的基本工作原理和应用； 获得解决有关实际问题的能力。
• 通过本课程的学习为今后从事光通信、光信息处理、 光传感等方面的研究开发工作提供必要的基础知识， 培养出适应本世纪科技发展方向、掌握较为系统、 深入的集成光学基础理论和实践能力的高级工程技 术人才。
成都工业学院电子科学与技术集成光学复习资料
第一章概论1.1集成光学的概念集成光学的理论基础是光学和光电子学，涉及波动光学与信息光学、非线性光学、半导体光电子学、晶体光学、薄膜光学、导波光学、耦合模与参量作用理论、薄膜光波导器件和体系等多方面的现代光学内容；其工艺基础则主要是薄膜技术和微电子工艺技术。
1.2集成光学的特点离散光学元件系统的缺点：体积和重量大、稳定性差和光束的调准困难。
集成光学系统的优点：①光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量②集成化带来的稳固定位。
对振动和温度等环境因素的适应性比较强，最大优点。
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。
⑤体积小、重量轻。
集成光路代替集成电路的优点：1.带宽增加；2.光子器件中光子运动速度比电子器件中运动速度高得多，且没有导线电容和电感对频率的限制；3.实现“波分多路复用”；4.实现多路开关；5.尺寸小，重量轻，功耗小6.成批制备经济性好，可靠性高。
7.降低成本（制造、应用、维护、升级）1.4 研究集成光学的意义（开放题）1.信息光电子技术改变着人类的生存和发展方式，在未来的信息社会中必将扮演重要的角色，成为21世纪的基石和支柱之一。
2.信息光电子技术也是保障国防安全的核心技术之一。
3.光电子技术在信息领域的应用中迅速发展且有独特的优势。
4.集成光学集中并发展了光学和微电子学的固有技术优势，将传统的由分立器件构成的庞大的光学系统变革为集成光学系统。
5.集成光学系统作为现代光电子学的一个重要分支，研究集成光学十分重要。
第二章平面介质光波导和耦合模理论用于集成光学中的光波导根据结构分为平板波导和条形波导。
平面波导（仅在x方向具有折射率差）条形光波导（在x、y方向上限制光场）平板波导由三层介质构成：波导层：中间层，介质折射率n1最大覆盖层：上包层，折射率n3＜n1衬底层：下包层，折射率n2＜n1。
n2=n3，称为对称型平板波导。
反之，称为非对称型波导。
在集成光学中使用的最多的是埋入型波导。
集成光学-01
－用集成光路代替集成电路 －用导光波的介质平面光波导和光 学纤维代替电线或者同轴电缆
集成光学的特点
• 集成光学系统与离散光学器件系 统的比较 • 集成光路与集成电路的系统的比较
• 离散光学器件系统
－非集成，组装和调整困难 －器件体积和重量大，构成的系统大约 是l平方米的数量级，光束的粗细大约为 1cm －稳定性差，光束的调准困难
集成光路与集成电路的比较
光纤与电传输线的比较
光纤与双绞线电缆损耗的比较
光纤与电传输线的比较
光纤与同轴电缆损耗的比较
光纤与电传输线的比较
• 光纤的优点
－带宽很宽，传输的信息量大 －传输损耗小 －电磁干扰小 －不存在电的短路或接地问题 －在易燃区安全 －保密性好，难于窃听 －尺寸小，重量轻 －价格低廉，原材料丰富
集成光学的发展和现状
• 发展
1962年开发出半导体同质结激光二极管 1963年提出双异质结构半导体激光二极管， 并对其工作原理作了深入研究 1967年出现的异质结外延生长技术，拉开 了半导体激光器实用化的序幕 1970年实现激光二极管的室温连续工作 1970年研制成功低损耗光纤
集成光学的发展和现状
• 国际 ※ 研究及交流活跃，起步较早 －1972年，美国光学协会主办集成光学 主题会议 • 国内 ※ 1970年开始研究，发展迅速
集成光学的发展和现状
• 当前研究热点
在很大程度上提高集成光学器件的可靠性和 稳定性 减小波导传输损耗、降低散射 减小器件尺寸，提高集成度 期待光路/光元件的集成化 提高光通信用多波长光源的性能、成本、可 靠性 突破目前的“光-电-光”交换的瓶颈 进一步改善开关/调制器的消光比
集 成
光
学
光学期末总结
光学期末总结自从开始学习光学以来，我逐渐对这门学科的复杂性和广泛性有了更深入的了解。
光学作为一门研究光的性质和光的相互作用的学科，涉及到很多不同的领域和应用。
光学的应用范围包括光学仪器、通信、信息存储、生物医学等等，对于现代科技发展起着至关重要的作用。
在这个学期的学习过程中，我对光学的基本原理、光的传播、光的波动性、光的干涉与衍射等知识有了更深入的了解。
在学习光学的过程中，我首先了解了光的基本概念。
光是由电磁辐射传播而成的，它有电场和磁场的振荡波动。
并且，光的波动性质是光学研究的核心之一。
我学到了光的传播过程中的光线和几何光学的基本理论，即简化的描述光传播的方法，这种方法基于光的几何特性。
在学习完基本光学理论后，我开始学习光的波动性质。
在学习中，我了解到光波的特点，如波长、频率、振幅等，并且对光的干涉、衍射、偏振等现象和光的传播和干涉的相关实验进行了学习和实践。
在这个过程中，我掌握了如何处理光的波动性质并将其应用于解决具体的物理问题。
在掌握了基础知识后，我学习了光学的实用应用。
光学在现代科学和技术中的应用非常广泛。
例如，在光学仪器方面，望远镜、显微镜、光谱仪等都是基于光学原理设计和制造的。
光学在通信中的应用包括光纤通信和光通信等，这些技术在现代通信领域起着重要的作用。
此外，光学在信息存储、生物医学、光刻等领域也发挥着重要作用。
在光学学习的过程中，我也发现了一些挑战。
光学是一门理论性很强的学科，需要掌握很多数学和物理的知识。
这就要求我们要有很强的数学基础和物理基础，同时也要有很强的逻辑思维能力。
另外，光学的实验和实践也是很重要的，需要我们具备一定的实验技巧和实践能力。
学习光学的过程中，我也体会到了光学的美妙之处。
光学不仅是一门研究光的学科，也是一门关注光的性质和光的相互作用的学科。
光在我们的日常生活中无处不在，我们通过光来感知世界、获取信息。
光学的研究和应用不仅能够推动科学的发展，也对我们的现实生活产生了巨大的影响。
第6章集成光学
2 23
2 arctan(p )
212
2 arctan(nn1222
q
)
2 23
2
arc tan(nn2322
p
)
其中p、q为消逝系数
p ( 2 k02n32 )1/ 2 q ( 2 k02n12 )1/ 2
反射波发生相位突变的物理意义
全反射时，光穿入约束层内一定厚度，导 致反射波与入射波相位的不连续
m是导波的模阶数，不同的m，对应一 系列的β。该方程称为模式方程（特征方 程、本征值方程）
4.对称波导，非对称波导，强非对称波导
5. 波导中光波的传播，对于TE波，解波动
方程
2Ey (t)
ni2 c2
2Ey t 2
解的形式 Ey (x, z,t) y (x) exp[ i(t z)]
Y方向，波不受约束，场与 y无关
b.波导定向耦合器 平行放置，间隙小，消 逝场耦和
2.外耦合类型及其机制 a.直接耦合：利用一透镜 将激光束聚焦，直接照 射到波导的端部。 效率低：薄膜薄，端面 不平
b.棱镜耦合器
提高了耦合效率：耦合 方式连续耦合
结构：n3>n1>n4>n2 原理：当θ3>θ3c时，入 射 底 场→棱部扩镜反散激射到光光空束B3合气A3与成隙棱驻，镜波按 exp[-(k0n3sinθ3)x]衰减→ 继续扩散到薄膜中形成 导膜(消逝场)
m
d
n
得到 0 2n / m
光栅周期一定时，只有该式确
定的特定波长的光才能受到强
烈的反射
m=1，一级光栅
m=3，三级光栅
* 解理面反馈激光器中，发射光 谱多个峰值
分布反馈激光器中，一个峰， 可选纵模
集成光学考试总结讲解学习
集成光学考试总结第一章1. 集成光学的分类：•按集成的方式划分：个数集成和功能集成•按集成的类型划分：光子集成回路(PIC)和光电子集成回路(OEIC)•按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成•按研究内容划分：导波光学和集成光路2. 集成光学的定义(1)集成光学是在光电子学和微电子学基础上，采用集成方法研究和发展光学器件和混合光学-电子学器件系统的一门新的学科。
(2)集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。
(3)集成光学是研究集成光路的特性和制造技术以及与微电子学相结合的学科。
3. 集成光学的主要应用光纤通信，光子计算机，光纤传感4. 集成光学系统有什么优点？1）集成光学系统与离散光学器件系统的比较(1)光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量。
(2)集成化带来的稳固定位。
(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，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线性效应工作。
(5)体积小，重量轻。
集成光学器件一般集成在厘米尺度的衬底上，其体积小，重量轻。
2）集成光路与集成电路的比较把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器和滤波器等无源器件连接起来构成的光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。
用集成光路代替集成电路的优点包括带宽增加，波分复用，多路开关。
耦合损耗小，尺寸小，重量轻，功耗小，成批制备经济性好，可靠性高等。
由于光和物质的多种相互作用，还可以在集成光路的构成中，利用诸如光电效应、电光效应、声光效应、磁光效应、热光效应等多种物理效应，实现新型的器件功能。
第二章1. 光波导的分类(a)平板波导(slab waveguide)(b)条形波导(strip waveguide)(c)圆柱波导(cylindrical waveguide)2. 会利用射线光学方法分析平板波导的覆盖层辐射波、衬底层辐射波和传导波的形成条件。
集成光学第二章第3节
0 x ,
w x 0,
E ( x) A3e
(3) y
qx
Ey ( x) A cos(c x) B sin(c x)
x w,
E ( x) B2e
(2) y
px
2.3.3 边界条件和色散方程
在x=0边界上，电场切向分量连续，则有
E
(3) y
Ey (0)
H z H y i Ex z y H x H z i E y x z H y H x i Ez y x
对于平板波导，由于波导结构在y方向视为无限，波沿 z轴方向传播，则所有的场分量都可以写为
u( x, z) u( x)e
H y Ex H z i E y i H x x H y i Ez x
以上6个方程可以分为两组，分别相应于横电波与 横磁波，它们是
E y 0 H x E y i0 H z x i H x H z i E y x
(2) y
ic x
Be
ic x
ic 2 x
E ( x) A2e
ic 2 x
B2e
为了使导入波导层 n1中的波 Ey沿着波导层传播，由 上式可知 βc 应该为实数，而 βc2 和 βc3 则必须为虚数， 以使
(2) (3) Ey 和Ey 成为衰减波，振幅沿x衰减。
2 2 2 2 i q i k n i k0 n1 n3 c 2 c3 2 2 2 2 2 2 0 3 2
i ( t z ) q E ( x , y , z , t ) E cos( x ） sin( x ) e y 0 c c c i ( t z ) q E0 cos( c x）- sin( c x) e H x ( x, y , z , t ) c 0 i ( t z ) q H z ( x, y, z, t ) i c E0 sin( x ） + cos( x ) e c c 0 c
中考光学实验技术总结汇报
中考光学实验技术总结汇报光学实验技术总结汇报尊敬的老师，亲爱的同学们：大家好！我是今天的主讲人，将为大家汇报光学实验技术方面的内容。
光学实验是物理实验中的重要组成部分，通过光学实验可以帮助我们深入了解和掌握光学知识，培养我们的实验能力和科学批判精神。
在学习和进行光学实验的过程中，我深受启发和收获良多。
今天我将向大家分享我在光学实验技术方面的心得和总结。
光学实验技术是一种实验操作方法和技巧的综合体现，它包括实验仪器的使用、实验环境的控制以及实验过程中的观测和数据处理等方面。
首先，我想和大家分享一下在实验仪器使用方面的经验。
在使用光学仪器的过程中，我们要注意仪器的正确使用方法和操作步骤。
例如，在使用光栅光谱仪时，我们要先调节光源的位置和强度，再调整接收屏幕的位置和角度，以获得清晰的光谱条纹。
此外，在使用显微镜时，要先调节相机和目镜的对焦距离，并注意光源的选择和角度调节，以使观察的样品清晰可见。
这些步骤的正确操作能够提高实验效果，保证实验结果的准确性。
其次，我们要注意实验环境的控制。
实验室的温度、湿度和光线等条件都会对实验结果产生影响。
为了准确地进行光学实验，我们要确保实验室的环境保持稳定。
尽量避免温度的剧烈变化和大幅度波动，保持适宜的湿度，合理利用光线，避免产生干扰。
此外，我们还应该保持实验仪器的清洁和整理，避免灰尘和杂物在观察过程中造成干扰。
最后，对于实验结果的观测和数据处理，我们应该掌握一些基本的技巧和方法。
在进行观测时，要注重细节，注意仪器的刻度和读数，尽量减小人为误差。
对于精确定量的实验，在实验过程中要采取多次重复实验的方法，计算均值和测量误差，以提高实验结果的可靠性。
在数据处理方面，我们要掌握一些基本的统计方法和图表绘制技巧，能够通过数据的整理和分析，得出合理的结论，并能够将实验结果进行图形化展示。
在总结光学实验技术的过程中，我不仅学到了实验操作方面的技巧和经验，更重要的是培养了对科学的批判和探究精神。
集成光学第二章第5节
确定待定系数ABCD有非全零解：ABCD
系数行列式为零，即可导出本征值方程。
整理课件
本征值方程
U J J m m U U w K K m m W W n 1 2 U J J m m U U n 2 2 W K K m m W W k m 0 2 U 1 2 W 1 2 2
HEmn模远离截止时特征方程
Jm1(U) 0
HEmn模在远离截止时，其U的取值为(m-1)阶贝塞尔函数的根，即 μ(m-1)n，记作：U=μ(m-1)n，与截止时的情况综合考虑，当m＝1时， HE1n模的U值变化范围在μ1(n-1)和μ0n之间；当m≥2时，HEmn模的 U值变化范围在μ(m-2)n和μ(m-1)n之间。
就可以得到远离截止时的特征方程。
整理课件
（1）TE模和TM模远离截止时的U值
TE0n模和TM0n模远离截止时的特征方程
J1(U) 0
U值是一阶贝塞尔函数的根μ1n=3.83171、7.01559、 10.17347、13.32369…
与前面截止时的u0值联系起来可以看出：TE0n、TM0n模的u 值是限制在零阶贝塞尔函数的第n个根与一阶贝塞尔函数的第 n个根之间的。
J
' m
(x)
1 2
J m 1 ( x ) J m 1 ( x )
递推公式：
m x
Jm (x)
1 2
J m 1 ( x ) J m 1 ( x )
1
大宗量近似：li m x
Jm (x)
2 x
2
cos(x
4
m 2
)
小宗量近似：li m x 0
Jm (x)
1 ( x )m m! 2
整理课件
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集成光学考试总结第一章1. 集成光学的分类：•按集成的方式划分：个数集成和功能集成•按集成的类型划分：光子集成回路(PIC)和光电子集成回路(OEIC)•按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成•按研究内容划分：导波光学和集成光路2. 集成光学的定义(1)集成光学是在光电子学和微电子学基础上，采用集成方法研究和发展光学器件和混合光学-电子学器件系统的一门新的学科。
(2)集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。
(3)集成光学是研究集成光路的特性和制造技术以及与微电子学相结合的学科。
3. 集成光学的主要应用光纤通信，光子计算机，光纤传感4. 集成光学系统有什么优点？1）集成光学系统与离散光学器件系统的比较(1)光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量。
(2)集成化带来的稳固定位。
(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，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线性效应工作。
(5)体积小，重量轻。
集成光学器件一般集成在厘米尺度的衬底上，其体积小，重量轻。
2）集成光路与集成电路的比较把激光器、调制器、探测器等有源器件集成在同一衬底上，并用光波导、隔离器、耦合器和滤波器等无源器件连接起来构成的光学系统称为集成光路，以实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化。
用集成光路代替集成电路的优点包括带宽增加，波分复用，多路开关。
耦合损耗小，尺寸小，重量轻，功耗小，成批制备经济性好，可靠性高等。
由于光和物质的多种相互作用，还可以在集成光路的构成中，利用诸如光电效应、电光效应、声光效应、磁光效应、热光效应等多种物理效应，实现新型的器件功能。
第二章1. 光波导的分类(a)平板波导(slab waveguide)(b)条形波导(strip waveguide)(c)圆柱波导(cylindrical waveguide)2. 会利用射线光学方法分析平板波导的覆盖层辐射波、衬底层辐射波和传导波的形成条件。
3. TE、TM模的本征模方程（色散方程）是什么？TE、TM模的截止波长（截止频率）、波导截止厚度的表达式？为什么对称波导的基模不存在截止频率？4. 会求给定平板波导所能传输的模式？5. 各种光束耦合器的工作原理和特点？棱镜耦合器：棱镜耦合法的优点：1. 在最佳条件下可以得到很高的效率（输入时约为80%，输出时约为100％）。
2. 可以从自由导波模中任选一种进行激励。
3. 不仅适用于平板波导，在条形波导的情况下也可以高效率地使用。
4. 棱镜位置可即可离，能够在实验过程中调整，以实现最大耦合强度。
缺点：(1) 棱镜与波导间隙以及入射光束的位置需要进行精心调整，缺乏稳定性。
(2) 棱镜耦合器所用的材料除应满足n p>n1外，还要求对所用的光波长透明，无显著吸收与散射。
光栅耦合器功能与棱镜耦合器类似，用于实现自由空间和平面介质光波导之间的耦合，不同的是棱镜和间隙介质被光栅薄膜代替。
光栅耦合器的优点：1) 不受光波导折射率大小的限制。
2) 可以选择所有导模中的任意一种进行激励。
3) 可以与波导集成。
震动或外界环境的变化，不会改变耦合效率，稳定性好，体积小，价格便宜。
4) 调整光束的入射位置时不需要特别严格的精度。
5) 也可以在横向进行同样的耦合，因此可以激励宽度非常大的波导光。
光栅耦合器的缺点：1)由于光栅耦合与入射光角度的高度相干性，光栅耦合器不能有效地用于发散光束的耦合；2) 光栅耦合器设计过程需要进行复杂的理论计算，而且制作比较困难；3) 器件的参数在制作后无法进一步调整；4) 对于条形波导，光束截面的匹配比较困难。
尖劈形薄膜耦合器优点：制作简单，可以实现有效的输出耦合。
缺点：用于输入耦合时，很难获得高的效率。
第三章1. 光波导的调制内调制（直接调制）和外调制（间接调制）：内调制是利用调制信号直接控制激光器的振荡参数，使输出光的特性随信号而改变。
外调制是用调制信号作用于激光腔外面的调制器，产生某种物理效应（如电光、磁光、声光、热光等效应），使通过调制器的激光束的某一个参量随信号而变。
2.光波调制相位调制，强度调制，偏振调制3. 会求电光效应引起的折射率的变化2222223121232313122222222221234561231111112221x x x x x x x x x x x x n n n n n n n n n ⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫⎛⎫+++∆+∆+∆+∆+∆+∆= ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭⎝⎭4. 声光效应的布拉格条件和Q判据？拉曼－奈斯衍射和布拉格衍射有何不同？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，存在两种声光衍射现象，即拉曼－奈斯(Raman-Nath)衍射和布拉格衍射(1). 拉曼－奈斯(Raman-Nath)衍射此时声波频率较低，声波束宽度L 较小，由于声速比光束小的多，在光束通过介质的时间内，折射率的变化可以忽略不计，可以把声光介质看作相对静止的“面相位光栅”或“薄光栅”，此时声波的作用可视为与普通平面光栅相同的折射率光栅。
由于光栅较薄，使得入射光在L 距离内只受到一次衍射就偏离原方向从器件中输出，从而形成多级衍射光束。
当入射光沿z 方向 (0)i θ=时，各级衍射处所相应的方向由下式给出计算表明，拉曼－奈斯衍射的效率较低，其中一级衍射效率最大不超过35%，但这种衍射不受入射角的限制，因此调节方便，在许多领域仍得到广泛应用。
(2) Raman-Nath 衍射条件：当声波束宽度满足24an L λλ<<时，即产生Raman-Nath 衍射，可以忽略介质中各衍射光的相互影响 。
0sin /0,1,2,a m n m λθλ==±±L5. 自然旋光旋光定义：当线偏振光沿某些晶体（如石英）的光轴方向传播，或通过某些溶液（如蔗糖）时，其振动面将以光的传播方向为轴发生旋转，这称为旋光现象。
自然旋光现象的特征（1）自然旋光具有可逆性。
若迎着光传播方向看去，振动面表现为右旋，则当光线逆反时，振动面仍表现为右旋，即左右旋与光的传播方向无关！（2）光束一正一反两次通过自然旋光物质时，振动面转过角度为0。
5. 什么是磁光效应，利用磁光效应可以构成哪些光学器件？法拉第磁致旋转效应：在外加磁场B作用下，某些原本各向同性的介质变成旋光性物质，偏振光通过该物质时其偏振面发生旋转。
法拉第旋转的特殊规律（1）磁致旋光不可逆性。
当光传播方向平行于磁场时，若法拉第效应表现为右旋，则当光线逆反时，法拉第效应表现为左旋。
（2）光束一正一反两次通过磁光介质时，振动面转过角度2 。
法拉第旋转的应用：磁光隔离器（Isolators ）：放置于激光器及光放大器前面，防止系统中的反射光对器件性能的影响甚至损伤，即只允许光单向传输。
磁光环行器（Circulators ）：一种三端口（或四端口）的非互易磁性器件，在光网络中用于信号的上、下载。
第四章1.电子跃迁的种类受激辐射受激吸收自发辐射2. 半导体激光器的分类F-P腔激光器，分布反馈(DFB)激光器和分布Bragg反射器(DBR)激光器，量子限制激光器，垂直腔表面发射激光器（VCSEL），解理耦合腔半导体激光器(C3,cleaved coupled cavity)3. 半导体激光器效率的各种定义和表达式，会求半导体激光器的发射波长发射波长：dirhcE λ=4. DFB 和DBR 激光器在结构和工作上有何不同？如何求它们的发射波长？(1)DFB 激光器的模式:不正好是布拉格波长，而是对称的位于 B λ的两侧。
假设m λ是允许DFB 发射的模式，此时2(1)2Bm B m nL λλλ=±+式中m 是模数，L 是衍射光栅有效长度。
完全对称的器件应具有两个与λB 等距离的模式；实际上，由于制造过程，或者有意使其不对称，只能产生一个模式；又因为L >> λB ，上式的第二项非常小，所以发射光的波长非常靠近λB(2) DBR 激光器除有源区外，还在紧靠其右侧增加了一段分布式布拉格反射器，它起着衍射光栅的作用。
DBR 激光器的输出是反射光相长干涉的结果，只有当布拉格波长满足()2B eff m n λ=Λ(2) DBR 结构和DFB 类似，区别在于DBR 根据波导功能进行分区设计，光栅的周期性沟槽放在有源波导两外侧的无源波导上，从而避免了光栅制作过程中可能造成的晶格损伤。
有源波导的增益性能和无源周期波导的Bragg 反射作用相结合，只有位于Bragg 频率附近的光波才能得到激射。
(3)DFB 激光器的特点：1）动态单纵模窄线宽振荡DFB 激光器只有满足Bragg 反射条件的特定波长的光才能受到强烈反射而形成振荡。
多个微型谐振腔同步振荡、共同选模，实现单纵模振荡。
2）波长稳定性好温度漂移约为0.08nm/℃。
3）动态谱线好DFB 激光器在高速调制时仍然保持单模特性。
4）线性度好现已研制出线性度非常好的DFB 激光器，广泛用于模拟调制的有线电视光纤传输系统中。
5）波长选择性改变光栅周期能够在一定范围内有控制地选择激光器的发射波长。
(4) DBR 激光器的特点：DFB 激光器的增益区同光栅区重叠，当驱动电流改变时，输出功率和发射波长同时改变；而DBR 激光器的反射器和增益区分离，所以可以分别控制DBR 激光器的输出功率（通过改变流过激射区的电流）和发射波长（通过改变流过光栅段的电流）。
所以DBR激光器比DFB激光器更易于控制和调整。
5. 参数(1) 峰值波长在规定输出光功率时，激光光谱内强度最大的光谱波长被定义为峰值波长。
(2)中心波长在光源的发射光谱中，连接50％最大幅度值线段的中点所对应的波长称为中心波长(3)谱宽与线宽包含所有振荡模式在内的发射谱总的宽度称为激光器的谱宽；某一单独模式的宽度称为线宽。
(4) 边模抑制比（SSR）边模抑制比是指在发射光谱中，在规定的输出功率和规定的调制（或CW）时最高光谱峰值强度与次高光谱峰值强度之比。
该参数仅用于单模LD，如DFB-LD。
6. 光检测器光检测器是光信号的接收器件，是完成光信号转变为电信号的一种有源器件，又称光子计数器。
它们检测光信号的工作原理，可以分为三个步骤：(1)光信号产生光生载流子；(2)光生载流子的迁移和可能的倍增（放大）；(3)光电流与外电路的相互作用与联系。
7. PIN光电检测器的基本参数及定义,求PIN的响应度和量子效率（1）波长响应（光谱特性）(a) 上截止波长:1.24() cg ghcmE Eλμ=≈(b)下截止波长：当入射光波长太短时，光子的吸收系数很强，使光电转换效率大大下降。