《光波导理论及器》PPT课件

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《光波导理论与技术》课件

光计算和光传感等领域。
塑料光波导
塑料光波导具有柔韧性好、制备工艺简单等优点，在消费电子、汽车和医疗等领域有广泛应用前景。
玻璃光波导
玻璃光波导具有高透过率、低损耗等优点，在高端光学仪器和特种应用领域有重要应用。
光波导技术发展趋势
低损耗、高性能
随着光通信和光计算技术的发展，对光波导的性能要求越来越高，低损耗、高性能成为光波导技术的重要发展方向。
光波导的传输模式
要点一
总结词
光波导的传输模式是指光波在光波导中传播时的场分布形态，不同的模式具有不同的能量分布和传输特性。传输模式的研究对于光波导器件的性能优化和设计具有重要意义。
要点二
详细描述
在光波导中，由于光波的传播受到边界条件的限制，其场分布形态呈现出不同的模式。这些模式决定了光波的能量分布、传输方向和相位等特性。通过对传输模式的研究，可以深入了解光波在光波导中的传播行为，为设计高性能的光波导器件提供重要的理论依据。在实际应用中，根据需要选择合适的传输模式是实现高效、稳定的光信号传输的关键。
02
光波导器件
光波导调制器
01 调制器原理
光波导调制器利用电场对光波的相位或振幅进行调制，实现光信号的开关、调制等功能。
02 调制速度
光波导调制器的调制速度非常快，可达到几十吉赫兹甚至更高。
03 调制方式
光波导调制器可以采用电吸收、电光效应、热光效应等多种方式进行调制。
光波导放大器
01 放大原理
THANKS
感谢观看
集成化、小型化
随着微纳加工技术的发展，光波导的集成化和小型化成为可能，这将有助于提高光波导的集成度和降低成本。
多功能化
光波导的应用领域不断拓展，需要实现更多的功能，如波长选择、模式控制等，多功能化成为光波导技术的重要发展趋势。

第1章光波导原理与器件概述PPT课件

长春理工大学
第1章光导波原理与器件概论
第三，空间上多道阵列、多频段以致三维立体的光学存储及处理的特点，使光存储和处理的容量可达到1018kbit的“海量信息”。如果用集成光路来实现光信号的逻辑运算、传送和处理，则可制成体积小、速度快、容量大的“全光计算机”。光子计算机与电子计算机相比有着并行处理、信号互不干扰、开关速度快、光速传递、宽带以及信息容量极大的优点。
离散光学系统是将有一定几何尺寸的光学元器件固定在大型的光学平台或光具座上所构成的光路系统。系统的大小约是几平方米的数量级，光束的粗细约为5-10mm的范围。光束一般通过空气在各个光学元器件之间进行传输。由于受到介质对光的吸收、色散和散射等因素的影响，系统光能损耗较大，组装、调整也比较困难。
长春理工大学
第1章光导波原理与器件概论
1.1 导波光学的发展概况
1.1.1 导波光学基本概念 1.1.2 导波光学产生及发展过程
长春理工大学
第1章光导波原理与器件概论
二十世纪六十年代激光的出现，使半导体电子学、导波光学、非线性光学等一系列新学科涌现出来。
二十世纪七十年，由于半导体激光器和光导纤维技术的重大突破，使以光通信、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与技术得到迅速发展，导波光学已经成为光信息科学与技术的基础。
1、分支型开关阵列。在器件长度比较短、适合于集成化的器件中大都采用LiNbO3分支开关。当波导宽4μm时，电极长度为0.8mm，即使做成如图 1.3所示的1×4光学开关阵列，开关工作部分的长度也仅仅只有3mm。
长春理工大学
第1章光导波原理与器件概论
2、方向耦合器型开关阵列。通常方向耦合器器件长度约为5mm，即使不要求比较严格的制作精度，也可以在比较低的电压下获得比较高的消光比，因而首先用于制作集成化光学开关阵列。图1.4所示是以Z切割LiNbO3为衬底，制作出的用于1.3μm波长的4X4光学开关阵列。

光波导理论与技术讲义(总结)(课堂PPT)

偏振模色散
1
2
束缚光线：0
z
cos1
n2 n1
; n2
n1
传播路径及分类均匀介质薄膜波导
折射光线ccooss11
n2 n1 n3 n1
z z
cos1
n3 n1
; n3
2
;0
n3
n2
传播时延及时延差
=t/z=
max
n1
c cosz
n1 c
3
4
5
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
束缚光线： 0
n
2 2
2 3
2
k
2 0
n
2 3
k xd
tan 1 2 kx
tan 1 3 kx
m
1 tan 1 2 1 tan 1 3 n
TM模的特征方程
2
kx 2
kx 2
kxd
tan1 2n12
kxn22
tan1
3n12
kxn32
m
1 tan1 2
2n12
kxn22
1 tan1 2
3n12
dr
；与z、都有关
ric [g(r)]1/2
11
自聚焦光纤
12
两种理论：几何光学理论模式理论
四种介质：均匀平板波导渐变平板波导阶跃光纤梯度光纤
影响光信号传输的三大因素：损耗色散非线性
两类器件：光无源器件光有源器件
偏振模色散
13
TE模的特征方程
k
2 x
2
k
2 0
n
2 1
2 2
2
k
2 0
对HE11模是主模式

光波导器件ppt课件

第3节光波导器件
光在介质表面的反射与折射全反射平面光波导
1
光在介质界面上的反射与折射
界面条件：
nˆ1 n1; nˆ2 n2 i2
P光：光矢量与入射面平行, TM波 N光：光矢量与入射面垂直, TE波
1 1 1
O
2
Z 2
X
图 1.3.1 光在介质与导电材料界面上的反射与折射 Fig1.3.1 reflection and refraction of light on the surface between transparent medium and conducting medium
4
反射率与相移
rj j exp( i j ); j p n
• 反射率
Rj
2 j
自然光
R
1 2
(Rp
Rn )
• 相移 j ; j p n
5
举例
• 求 0.431m 的p光从空气垂直入射铝板
（移nˆ2 0.78 i 2.85 ）上的反射率并讨论光的相
解：因为垂直入射，所以 1 2 0 于是
反射系数r：反射光与入射光振幅之比；反射率R：反射光与入射光强度之比
透射系数t：透射光与入射光振幅之比；透射率T：透射光与入射光强度之比
2
定律 1 1 n1 sin1 nˆ2 sin2
3
反射率Ri ri 2; 透射率Ti ti 2 i p, n
显然：R+T=1
rp
nˆ2 nˆ2
c os1 c os1
rp
(n2 (n2
n1) i2 n1) i2
n2 n2
n1 2 n1 2
2 2
2 2
1/ 2

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

第六章光波导理论及器件

x
n3 n1 n2 z
c13 c12 i
i
ห้องสมุดไป่ตู้
引入沿z方向的传播常数

k1
kz k1 sin i k1 n1k0
n2 k2 n1 k1
sin i sin c12
k2
z方向最大传播常数
则
k2 k1 n2 k0 n1k0
12
2 Ey x
2
( 2 2m ) E y ( 2 n2k 2 ) Ey 2 H y x 2 ( 2 n2 k 2 ) H y
k 0 m0
同样
TE波：只存在电场横向分量
令 H y 0 Ex 0 则TE波中，仅剩 Ey , H z , H x 且 Hx Ey m
j H z ( x) m ( A sin x B cos x),
A2 2 x m
e , ,
H z(2) ( x)
j 2 A2 m
e 2 x ,
H ( x)
A3 3 x m
e
x0
3 A3 3 x H z(3) ( x) jm e ,
9
复共轭

介质中
D E B mH
E ( x, y, z; t ) E ( x, y, z )e jt c.c. H ( x, y, z; t ) H ( x, y, z )e jt c.c.
E ( x , y , z ; t ) B ( x, y , z ; t ) t H ( x, y, z; t ) D( x, y, z; t ) t
正整数—模数

《光波导理论教学课件》电磁场基本方程

0 E j0 H j k0 H j (t z ) E Et E z ez e
0
j (t z ) H H t H z ez e
0 j (t z ) j (t z ) e E E e e j k H H e t z t z z 0 t z z e z 0 jz Et E z jz jEt ez e t Et t E z ez ez z ez z ez e 0 j k0 H t H z ez e jz
it H r , t H r e H iH t
各向同性的线性光学介质，麦克斯韦方程：
E i0 H H i 0 r E D 0 B 0
单色平面波：
波振面：将某一时刻振动相位相同的点连结起来，组成的曲面。平面波：波振面垂直与传播方向的平面。
同理
0 k0 E z t H t j 0 H j H j 0 k e E t 0 z t t z 0
0 －j Et＝ 2 2 t Ez－ k0ez t H z 2 k0 n 0
2
2 2 2 2 2 2 E k0 n E＝ t E－ E＋k0 n E 0 2 2 2 2 2 2 2 H k0 n H t H－ H＋k0 n H 0 E＝Et E z ez H＝H t H z ez 2 2 2 2 t Et E z ez Et E z ez ＋k0 n Et E z ez 0 2 2 2 2 t H t H z ez H t H z ez ＋k0 n H t H z ez 0

第一章光波导基本理论ppt课件

(b)
Evanescent wave
1
c
1
TIR
(c)
sin nn 1 ac nd total internal reflection (TIR).
2 c
1
[2.1-4]
11
▪ 思考：一只鱼或一个潜水员在水下仰望天空，大概是什么样的？
12
鱼眼看天空
全反射
water
13
水下的天空
▪ 为什么图片中天空是这样的
1-d potential well (particle in a well)
• 离散能级 (能态) • 势阱越深将支持更多的能级
69
硅片上的条形波导
x Single-crystal Silicon
Silicon oxide cladding Silicon substrate
n Unfortunately quantum
tan
12
p
思考：κ和β分别具有什么物理意义？
k0n1 sin
k0n1 cos
65
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？
h k0n1h cos
思考：解的数量还和什么因素有关？
还需满足解出的θ大于临界角
sin c
n2 n1
66
影响平板波导本征解数量的因素
Helmholtz equation:
[2x k02n2 2 ]U ( x) 0
Schrödinger equation:
[
1 2m
2x
V
E]
(x)
0
x
nclad
V
? ncore

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。

《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

《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。

《光波导理论教学课件》3.2均匀渐变

2 特点
3.2均匀渐变波导结构具有较好的光传输和耦合特性。
3.2均匀渐变的原理解析
光波导结构关键点
3.2均匀渐变的实现需要设计合适的波导截面结构。
优势和应用领域
3.2均匀渐变波导在光通信和传感等领域具有广泛的应用。
3.2均匀渐变实验演示
1
实验装置及材料介绍
介绍实验所需的装置和材料以及其功能和用途。
《光波导理论教学课件》 3.2均匀渐变
这个教学课件将介绍和讲解光波导理论中3.2均匀渐变的相关知识和概念。
光波导理论概述
1 定义
光波导理论是研究光在特定介质中传播的原理和性质。
2 应用
光波导在通信、激光技术和光学传感等领域有着广泛的应用。
3.2均匀渐变的定义和特点
1 定义
3.2均匀渐变是指波导截面特定参数在传播方向上均匀变化。
2
实验操作步骤详解
逐步解析进行3.2均匀渐变实验的具体操作步骤。
3
实验结果和分析
展示实验结果并对实验数据进行详细分析和讨论。
结论与展望
通过学习光波导理论中的3.2均匀渐变，我们可以更好地理解光传输的特性和应用，

光波导理论教学-绪论ppt课件

绪论
• 1970年，美国康宁(Corning)公司研制成功损耗 20dB/km的石英光纤。把光纤通信的研究开发推向一个新阶段。
• 1973年，美国贝尔(Bell) 实验室的光纤损耗降低到2.5dB/km 。
• 1974 年降低到1.1dB/km 。
• 1976 年，日本电报电话(NTT)公司将光纤损耗降低到0.47 dB/km(波长1.2m）
全球：光纤用量约2.36亿芯公里〔2019年），累计用量已超过18亿芯公里
国内：光纤用量约1.16亿芯公里〔2019年），累计用量光纤超过6亿芯公里
100Gb/s系统开始商用
2019年最大传输距离达10.7Tb/s 10608km、2019 年单纤最大系统容量达102.3Tb/s 240km。
绪论
光纤通信发展粗略分为三个阶段：第一阶段〔1966~1976年）：基础研究到商业应用的开发时期第二阶段(1976~1986年): 高传输速率和增加传输距离为研究目标和大
力推广应用的大发展时期。第三阶段(1986~2019年): 超大容量超长距离为目标、全面深入开展新
技术研究
绪论
光通信现状：
绪论
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： • “芯 / 包〞构造 • 凸形折射率分布，n1>n2 • 低传输损耗
绪论
光波导的分类
• 薄膜波导〔平板波导） • 矩形波导〔条形波导） • 园柱波导〔光纤） • 对称与非对称波导
绪论
光波导的进一步分类
光子集成光电子集成集成光路光收发模块光接入模块光开关模块光放大模块
广告显示牌激光手术刀仪表照明工艺装饰电力输送光纤面板医用内窥镜潜望镜

《光波导理论与技术》PPT课件

3.83171
5.13562
6.38016
2
5.52008
7.01559
8.41724
9.76102
3
8.65373 10.17347 11.61984 13.01520
4
11.79153 12.32369 14.79596 16.22347
5
14.930692 16.47063 17.95982 14.40942
1.3.1 光纤主要考虑光纤4个主要的传输特性：损耗、色散、非线性、双折射。
1.3.2 光源和光发送端机 LD、光源调制技术、光端机。
1.3.3 光检测器和光接收端机 1.3.4 光电集成和光集成技术
精选ppt 4
电磁场理论基础
§2.1 电磁场基本方程
H J D t
E B t
B 0 D
绪论
§1.1 单模光纤损耗谱示意图
精选ppt 1
§1.2 光纤网络的巨大传输带宽
通常认为带宽是载波频率的10%左右，以目前光纤中传输的1.55µm光波为例,载波频率为:
f c1.535 110086200THz
带宽大约为20THz, 当然这只是说光纤有这么大的带宽容量，实际上已经利用了多少带宽是另一回事。例如1.6Tbit/s光纤链路大约可以传输1930万路语音信道。
§5.2 阶跃光纤的严格解---矢量模解
可以用射线理论和本地平面波理论解释，TE模和TM模由光纤中传播的子午光线形成，混合模HE模和EH模则由偏斜光线形成，进一步，由于水平偏振的子午光线形成TE模，而垂直偏振的子午光线则形成TM模。这是因为子午光线的路径是平面折线，它们在分界面上反射时，横向场分量不改变方向。这种情形见下图。偏斜光线的路径时空间折线，纤芯包层分界面上的不同反射点的法线方向不相同，所以不管光线的初始偏振状态如何，都有可能产生 z方向的电场和磁场，故偏斜光线只能形成光纤中的混合模。

光波导理论51页PPT

25、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基
谢谢！
光波导理论
41、实际上，我们想要的不是针对犯罪的法律，而是针对疯狂的法律。 ——马克·吐温 42、法律的力量应当跟随着公民，就像影子跟随着身体一样。— —贝卡利亚 43、法律和制度必须跟上人类思想进步。— —杰弗逊 44、人类受制于法律，法律受制于情理。— —托·富勒
45、法律的制定是为了保证每一个人自由发挥自己的才能，而不是为了束缚他的才能。—— 罗伯斯庇尔
21、要知道对好事的称颂过于夸大，也会招来人们的反感轻蔑和嫉妒。——培根 22、业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随。——韩愈
23、一切节省，归根到底都归结为时间的节省。——马克思 24、意志命运往往背道而驰，决心到最后会全部推倒。——莎士比亚