第一章

集成光學的分類：

? 按集成的方式劃分：個數集成和功能集成

? 按集成的類型劃分：光子集成回路(PIC和光電子集成回路(OEIC)

? 按集成的技術途徑劃分：單片集成和混合集成

? 按研究內容劃分：導波光學和集成光路

集成光學的定義

集成光學是在光電子學和微電子學基礎上，采用集成方法研究和發展光學器件和混合光學-電子學器件系統的

一門新的學科。

集成光學是研究介質薄膜中的光學現象，以及光學元器件集成化的一門學科。

集成光學是研究集成光路的特性和制造技術以及與微電子學相結合的學科。

集成光學的主要應用

光纖通信，光子計算機，光纖傳感

集成光學系統有什么優點？

集成光學系統與離散光學器件系統的比較

光波在光波導中傳播，光波容易控制和保持其能量。

集成化帶來的穩固定位。

器件尺寸和相互作用長度縮短；相關的電子器件的工作電壓也較低。

功率密度高。沿波導傳輸的光被限制在狹小的局部空間，導致較高的功率密度，容易達到必要的器件工作閾 值和利用非線性效應工作。

體積小，重量輕。集成光學器件一般集成在厘米尺度的襯底上，其體積小，重量輕。

集成光路與集成電路的比較

把激光器、調制器、探測器等有源器件集成在同一襯底上，并用光波導、隔離器、耦合器和濾波器等無源器件

連接起來構成的光學系統稱為集成光路，以實現光學系統的薄膜化、微型化和集成化。

用集成光路代替集成電路的優點包括帶寬增加，波分復用，多路開關。耦合損耗小，尺寸小，重量輕，功耗小，

成批制備經濟性好，可靠性高等。由于光和物質的多種相互作用，還可以在集成光路的構成中，利用諸如光電 效應、電光效應、聲光效應、磁光效應、熱光效應等多種物理效應，實現新型的器件功能。

第二章

光波導的分類

⑻平板波導(slab waveguide)

條形波導(strip waveguide)

圓柱波導(cylindrical waveguide)

會利用射線光學方法分析平板波導的覆蓋層輻射波、襯底層輻射波和傳導波的形成條件。

均勻平板波導的波導曇折射寧心村底折射率勺按蓋層折射辜％

都足常數.折射率豹二H⑶之間滿足以下關系：

n2> n.

若液導舅非對稱劃?49應存在兩個臨畀氣一個是使光找在渡導—村底算面

瓷生全內反射的氐，另一個足便光線在波導-屋蓋層界面發生全內反射的

陽；“』寸，形氐稱庭似懈：

冃沁、且時，老畫特導鑲或導行皺。

*鳥以曙劉腔

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仁波矢的橫向分量

杷波矢分解為平行于波導的分最(相位常數為p)和乖K 于渡導的分量〔相位常數為h)?三君關系為：

k訓二宀葉

p-k n sin/?

h -心 q cos 0

渡在波尋中能夠傳播的必姜條件姑，衣同一零相位廁上所有 各點財須最同相位的，RP光紅］上的人點和光竦衣上的(?點及光 線2上的D點與光線1上的B點都處于同一籌相位廊上，它的分 別有相同的相位.因業.光賤從A點傳播到H點的相位變化? 與光鯉從C慮博播鯽點的相位變化之差，應星2丫的酸數倍?

3. TE、TM模的本征模方程(色散方程)是什么？TE、TM模的截止波長(截止頻率)

什么對稱波導的基模不存在截止頻率？

2.橫向共振(transverse resonance)

平板波導中能形成導模的條杵為

2加亠2巒、-細j = 2nvr

沖一摸的階栽【階次)±取從琴開始的有限T正整數.

、波導截止厚度的表達式？為

3.本征模方程

hw - inn十訶口十 叭；

稱為平板波導的模方程〔模式本征值方程〉*或平板 波導的色散方程，

對于TE波’本征值方捏為

= 771^4-arctan

式中"仗認—塚片(儼—尬)L曠莎4祁

+ arc tail

對于TWI波，本征值方程為

f 1

/nr =附t + arctan 生

I圧

4-arcian

Z 2、

n? h

\7

導模的傳播常數p介于襯底和薄膜的波數之間”即

定文波導的有效模折射率:

—盡 sin &

其取值范圍為％

截止區：0 >處0

襯底輻射條件：n3 < nQff < n2

覆蓋層輻射條件：0 < ngjr < n3

利用有效模折射半，町將平板波導的模式本征值方程改寫為

1 何_心尸心"=

4.導模截止條件

￡ 1才-心

7：v/45

導模的臨界截止狀態應該是上界面仍為全反射，而下界面處于 全反射的臨界狀態，即下界面即將進入輻射狀態。故入射角為

此時sin Q =^2/^ ,sin 6cn = n2/nx o

于是上.下界面的反射相位角對于te波分別為

2% =2 arctan亦

2% =2 arctan

亦sin迢-斤叫 cosQ

= 2arctan

丿

.才-更丿

而件2 =0

=2 arctan對于TM波則有

=2 arctan

2處=2 arctan

而 012 =0

TE波的色散方程變為

r褊 Jq

r褊 Jq2

總結

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