第一章

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

集成光学的定义

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。

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。

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。

集成光学的主要应用

光纤通信，光子计算机，光纤传感

集成光学系统有什么优点？

集成光学系统与离散光学器件系统的比较

光波在光波导中传播，光波容易控制和保持其能量。

集成化带来的稳固定位。

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。

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。

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。

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

光波导的分类

⑻平板波导(slab waveguide)

条形波导(strip waveguide)

圆柱波导(cylindrical waveguide)

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。

均匀平板波导的波导昙折射寧心村底折射率勺按盖层折射辜％

都足常数.折射率豹二H⑶之间满足以下关系：

n2> n.

若液导舅非对称劃?49应存在两个临畀氣一个是使光找在渡导—村底算面

瓷生全内反射的氐，另一个足便光线在波导-屋盖层界面发生全内反射的

阳；“』寸，形氐称庭似懈：

冃沁、且时，老画特导镶或导行皱。

*鳥以曙刘腔

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仁波矢的橫向分量

杷波矢分解为平行于波导的分最(相位常数为p)和乖K 于渡导的分量〔相位常数为h)?三君关系为：

k訓二宀叶

p-k n sin/?

h -心 q cos 0

渡在波寻中能够传播的必姜条件姑，衣同一零相位廁上所有 各点财须最同相位的，RP光红］上的人点和光竦衣上的(?点及光 线2上的D点与光线1上的B点都处于同一筹相位廊上，它的分 别有相同的相位.因业.光贱从A点传播到H点的相位变化? 与光鯉从C虑博播鲫点的相位变化之差，应星2丫的酸数倍?

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)

什么对称波导的基模不存在截止频率？

2.横向共振(transverse resonance)

平板波导中能形成导模的条杵为

2加亠2巒、-细j = 2nvr

沖一摸的阶栽【阶次)±取从琴开始的有限T正整数.

、波导截止厚度的表达式？为

3.本征模方程

hw - inn十诃口十 叭；

称为平板波导的模方程〔模式本征值方程〉*或平板 波导的色散方程，

对于TE波’本征值方捏为

= 771^4-arctan

式中"仗認—塚片(俨—尬)L旷莎4祁

+ arc tail

对于TWI波，本征值方程为

f 1

/nr =附t + arctan 生

I圧

4-arcian

Z 2、

n? h

\7

导模的传播常数p介于衬底和薄膜的波数之间”即

定文波导的有效模折射率:

—尽 sin &

其取值范围为％

截止区：0 >处0

衬底辐射条件：n3 < nQff < n2

覆盖层辐射条件：0 < ngjr < n3

利用有效模折射半，町将平板波导的模式本征值方程改写为

1 何_心尸心"=

4.导模截止条件

￡ 1才-心

7：v/45

导模的临界截止状态应该是上界面仍为全反射，而下界面处于 全反射的临界状态，即下界面即将进入辐射状态。故入射角为

此时sin Q =^2/^ ,sin 6cn = n2/nx o

于是上.下界面的反射相位角对于te波分别为

2% =2 arctan亦

2% =2 arctan

亦sin迢-斤叫 cosQ

= 2arctan

丿

.才-更丿

而件2 =0

=2 arctan对于TM波则有

=2 arctan

2处=2 arctan

而 012 =0

TE波的色散方程变为

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r褊 Jq2