光波导的概念

重点学习

平面光波导、光纤

主要概念

光源–接收器之间的桥梁，约束并导引广播在其内部或其表面附近沿轴向传输。
要求：衰减尽可能小，尽可能不失真

项目	Value	实用性
传统光学传输介质	空气，透镜棱镜，光栅等光路，但长距离时散射、反射大	无利用价值
气体透镜	圆管内充入空气，温度梯度构成气体透镜（温度高密度小折射率小，在管子外部加热，形成由内而外递减的温度梯度）	无
介质波导	按需要路径传输，损耗小	好

介质光波导三要素：
1.“芯/包”结构
2.凸形折射率分布
3.低传输损耗分类1形状》平面介质光波导》薄膜光波导条形》镶入型圆柱形》光纤
光波导发展历程平板与条形介质光波导光学系统小型化、集成化、固体化的需求
圆柱形光波导，分为阶跃型和渐变型

平面介质光波导中光的传播

光密介质中的波场–导波
介质：无源、无电荷、线性、各向同性、不导电、无损
入射光：均匀平面波，s波

推导合成波

电磁波通过两种介质界面发生反射和折射

反射波在界面发生相位突变，光强不变

合成波电场
合成波磁场

结论

·等相面（z为常数）⊥波传播方向；
·等振幅面（x为常数）// 界面；
二者互相垂直，合成波为非均匀平面波
电矢量只有横向磁矢量有横向分量H_1x和纵向分量H_1z 合成波是横电波
合成场区沿x方向为驻波 E_1y与H_1z相位差为π/2，x方向无能量传播。（坡印廷矢量x方向分量为二者点乘=0）
合成区沿z方向为行波

其中v为光在媒介n1中传播的速度，v²=v_gv_p,由于sinθ₁＜n2/n1<1,故v_g＜v

小结：
光密介质中合成波电场：

非均匀平面波、横电磁场、x向驻波，z向导波——TE波（s波）
导波：只沿z方向传播功率，如同时被界面所引导的波。
如入射波为p波时，合成波为TM波，分析方法同上。

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