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    第1章波導的模式.

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    第1章 波導的模式

    1. 簡述光波導模式理論在優化設計和分析模擬光波導器件方面的重要性。

    光波導是許多光電子器件的基本結構,如濾波器、波分復用器、路由器、波長變換器、調制器、開關、放大器、激光器等等,這些光電子器件在光通信網絡中具有十分廣泛的應用。在優化設計和分析模擬這些光電子器件時都要涉及到有關光波導模式的基本理論,因此了解和掌握光波導模式理論就顯得十分重要。

    2. 光波導是怎樣的一種器件?

    我們知道,光束在介質中傳輸時,由于介質的吸收和散射而引起損耗,由于衍射而引起發散,這些情況都會導致光束中心部分的強度隨傳輸距離的增大不斷地衰減。光波導是這樣一種器件,它能使光束的能量在橫的方向上受到限制,從而能夠引導光束沿特定的方向傳輸,并使損耗和噪聲降到最小。光波導簡稱波導。

    3. 簡述三層平板波導的基本結構。

    結構最簡單的波導是由三層均勻介質組成的,中間的介質層稱為波導層或芯層,芯層兩側的介質層稱為包層或限制層。芯層的折射率要比兩側包層的折射率大,使得光束能夠集中在芯層中傳輸,從而起到導波的作用。

    令ε1、ε2、ε3分別為波導芯、下包層和上包層的相對介電常數,n 1、n 2、n 3分別為相應的折射率。當n 1、n 2、n 3各自為常數時,稱為陡變式折射率分布,或稱為階梯式折射率分布。為了分析方便,常令123n n n >≥。當23n n =時,稱為對稱型三層平板波導,當

    23n n ≠時,稱為非對稱型三層平板波導。三層平板波導的橫截面及相對介電常數分布如

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    ε(x )

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