集成光电子学习题集

考试题型及分值

1.填空题：10空，每空2分，共20分。

2.概念题：5个，每个3分，共15分。

3.判断正误：10个，每个2分，共20分。

4.简答题(包含推导)：5题，每题6分，共30分。

5.简述题，2题，共15分。

C1 概论

1.

什么是集成光路？ 2.

用光子作为信息载体，相比于电子，具有哪些优势？ 3.

光电子集成的方式有哪两种？两种集成方式的概念是什么？分别举例2~3种。 4. 判断正误：（1）矩阵式光开关属于功能集成器件。（2）集成调制光电二极管属于功能集

成器件。（3）混合集成的主要优势是材料选择的范围更宽。(4)功能集成的主要优势是材料选择的范围更宽。

5. 什么是单片集成？什么是混合集成？单片集成及混合集成各自的优势是什么？

C2 平面介质波导理论

1. 在介质波导中，定义有有效折射率，请写出有效折射率的表达形式？对于图示的平板介

质波导(32n n >)，使光波完全限定在芯层中传播，有效折射率需要满足怎样的条件？出

现衬底辐射模的条件？出现包层衬底辐射模的条件？

2. 光波在平板介质波导(芯层、衬底及包层折射率分别为123,,n n n ，且123n n n >≥)中导行

传播的条件用传播常数表示应为：2010n k n k β<≤。

3. 在二维介质光波导中存在两种相互独立的模式，分别为？两种模式其基本场量具有什么

样的特征？二维介质光波导中的导波模式的场分布在芯层、包层、衬底层分别具有什么样的特点？

4. 求解梯度折射率波导中模式有效折射率的近似方法有哪些？

5. 判断正误：(1)平板型的光波导，光只受到一个方向的限制，在光波导的芯层，光束能量

会因为衍射而发散。(2) 在折射率相差较小的介质构成的条形波导中，不存在纯粹的TE 模式及纯粹的TM 模式，而是构成所谓的混合模式(hybrid mode)。（3）条载式光波导是一种平板光波导。(4)在平板波导或者条形光波导中，导波模式的能量完全限定在芯层中传播，没有能量进入到包层或者衬底。

6. 折射率相差较小的介质构成的条形波导中存在哪些偏振模式？这些偏振模式是纯粹的

TE 模式或者纯粹的TM 模式吗？

7. 试描述条形光波导中导波模式的场分布的基本特征。

8. 马卡提利法求解条形光波导，采用了哪些近似？选取这些近似条件的理论依据是什么？

C3 耦合模理论 1.

什么是模式耦合?耦合模理论如何处理或者描述扰动波导中光波的传输行为的？ 2.

判断正误: （1）波导结构决定的模式（包括辐射模）构成了一套完备的正交函数，输入波导的任意电磁场都可以分解为这些模式的叠加。(2)耦合模理论表明，受到扰动的波导中的广场，可以表示为不受扰动的波导各阶模式的叠加；(3) 耦合模方程通常只考虑很少数量的模式，选择哪些模式，由实际的物理条件而定;(4)各向同性介质，正交偏振的模式之间的耦合不可能发生; (5)各向异性介质，正交偏振的模式之间的耦合不可能发生;(6)在不存在损耗的波导中传输的互相耦合的模式总的传输能量不变；(7)根据耦合模理论，理想条件下，逆向耦合可以实现100%的耦合效率；(8)根据耦合模理论，理想条件下，同向耦合可以实现100%的耦合效率。(9) 一个波导中可以存在多个导波模。这些模式可以被选择性的单独激发，也可以被一起激发。选择波导中的导波模是激发的导波模式的叠加。理想条件下这些模式相互独立的传播，并始终保持各自初始的状态。 3.

概述同向耦合光波导(两个波导)中光波传输的基本规律。 4. 由于严重的相位失配，在光波导中逆向传播的导播模式之间很难发生耦合，为了使其高效耦合，需要引入附加因素。例如，可以通过在两波导间引入折射率的周期扰动，实现该目的。 5. 解释光波导中逆向传播的模式很难发生的原因。

6. 周期性折射率扰动引入的耦合系数可以表示为j z ab e

δκκ-=，其中κ为正实数。为了使传播常数为a β的前向传输模式与传播常数为b β的后向传输模式高效率地耦合，

δ应满足____________。

C4 电光集成器件 1.

对于LiNbO 3晶体，沿哪个方向施加电场可以获得最强的线性电光效应？ 2. 判断正误:（1）泡克尔斯效应，或者线性电光效应不是非线性效应；（2）克尔效应是三阶非线性效应，并且折射率的改变与光强成正比；(3)光调制用于将信息加载与光波，而光开关则用于实现光信号的通断；(4)一般而言，电光开关的速度要比声光开关的速度慢。 3. 使用具有电光效应，声光效应，磁光效应，非线性效应的材料作为衬底形成光波导，利用外部信号控制光，或者将信息加载于光频载波之上，以实现波导型光调制器。 4.

试概述定向耦合器型电光调制器的工作原理。 5. 用=表示直通态，×表示交叉态。试在由定向耦合器型矩阵式光开关上标注，实现特定

的光路切换。例如：1,2,3,4输入信号分别切换至4’，3’，2’，1’输出。

1

1'

(a) 横梁式

（b）简单树状

6.描述马赫-增德尔干涉仪型电光开关的工作原理。

7.,TE TM

n n分别为电光条形光波导中类TE模式和类TM模式的有效模系数，在波导上施加eff eff

有周期为Λ的电场。为了实现能量在TE模式和TM模式之间的高效转换，两模式的传播常数应满足相位匹配条件，假定光波波长为λ，相应公式应写为。

8.图示为一种电光可调谐滤波器的结构。试描述滤波器实现滤波的基本原理?滤波的可调

谐性是如何实现的，请具体描述。

1.什么是弹光效应？

2.声光衍射一般可以分为布拉格衍射和拉曼-奈斯衍射。

3.共线声光效应和非共线声光效应的区别是什么？分别可以对光波有怎样的影响？

答:

非共线声光作用：入射光波与入射声波的传播方向存在一个夹角；共线声光作用:入射光波与声波传播方向在同一条直线上。非共线的声光相互作用，利用声波形成的光栅的布拉格衍射改变光波的传播方向；共线声光作用利用声场改变光波的传播模式

4.什么是声表面波？声表面波(瑞利波)有什么样的特点？

5.产生声表面波所采用的压电基片有压电单晶、压电陶瓷和压电薄膜三大类。

6.共线集成声光集成器件的基本结构单元是集成声光偏振模转换器和偏振模分束器。集成

声光偏振模转换器和偏振模分束器各有什么功能？

7.图示为一种偏振无关型声光可调谐滤波器。