光波导理论教学课件电磁场基本方程

1、1,第1章矢量分析,2,本章内容1,1矢量代数1,2三种常用的正交曲线坐标系1,3标量场的梯度1,4矢量场的通量与散度1,5矢量场的环流和旋度1,6无旋场与无散场1,7拉普拉斯运算与格林定理1,8亥姆霍兹定理,3,1,标量和矢量,矢量的大小。

2、3,3阶跃光纤中光线的传播,阶跃型光纤中的光射线,2a2b,n2,n1,一,子午射线,子午平面,子午光线,限制在子午平面内传播的光线与光轴相交,二,偏射线轨迹曲线不限制在一个平面内不过光轴,一束从光纤端面入射到光纤内的光线,以子午射线方式传。

3、2,2各向同性媒质中的平面电磁波,诬连窟窟匆赐籍崖懒哄务财拴幽鼻菲基建委浙漆砌拂饮偷藤敦甚皮粱晓茹光波导理论教学课件4,1光波导理论教学课件4,1,第四章薄膜波导的模式理论,4,1均匀薄膜波导,结构,y,z方向无限延伸,方向尺寸d接近于传输。

4、光波导理论,绪论,1,通信历史的回顾,烽火台报警通信1880年,美国人贝尔,Bell,发明了用光载波传送话音的,光电话1960年,美国人梅曼,Maiman,发明了第一台红宝石激光器,使沉睡了80年的光通信进入一个崭新的阶段,1966年,英籍。

5、10,1互感,一,自感,当i,e方向与符合右手定则时,第十章含有耦合电感的电路,当线圈中通入电流i1时,在线圈中产生磁通,磁通穿过线圈产生自感磁通链为,董扔钉仲桔厅涡朗呜贩我嫁茫杉妻响倾艇蔓悲拎襟宛藤聂踌倦袍悬杯类编电路理论教学课件第10章。

6、光波导数值分析方法,有限元方法有限差分方法,将微分方程边植问题转化为代数本征值问题和代数方程组,光波场任意一个分量满足的微分方程为,用有限元方法求解的基本思想可概括为如下步骤,将求解区域划分若干小区域,将每个小区域中的场函数用一个含待定系数。

7、第三章介质薄膜波导,结构,y,z方向无限延伸,方向尺寸d接近于传输光波长量级损耗1dBcm左右折射率,覆盖层,芯区,衬底分别为,n3,n1,n2,对称波导,n2,n3非对称波导,n2n3,闪戮长椒涧怠排辑登绎屡菇市朱坍硫婪介磊投寝沃需锭娄惜。

8、第二章电磁场理论,2,1电磁场基本方程,麦克斯韦方程组,电流连续方程,2,1,1,2,1,2,D,电位移矢量,自由电荷体密度E,电场强度B,磁感应强度H,磁场强度J,传导电流密度,物质特性方程,P,电极化强度矢量M,磁化强度矢量非磁性物质M。

9、多层平板波导,多层平板波导理论在集成光学和半导体激光器的研究中有重要应用,四层平板波导,0,2a,2a,2d,n1,n4,n2,n3,1,当n1Nn2,区域2模场为指数式函数,其中,由波动方程,软烬练箭宝日看呵彦亥滇滁淮漾东世珊露荷霉普各箕。

10、4,2渐变薄膜波导,4,2,1无界的抛物线型折射率分布光波导的解析解,无界的抛物线型折射率分布,通常,类似均匀薄膜波导,传播的电磁场仍分为TE模和TM模,在弱导条件下,横向电磁场满足,坝绘胰火疟晃隘熙做帅顺菇人燎韩专耙傅釜清酪哄侮阅急桂掘款。

11、微扰法,微扰,波导的几何形状和电磁参数的微小变化,弱导光纤的微扰解,实际光纤与理想光纤满足弱波导条件,场解满足标量波动方程,将,两边同乘,将,两边同乘,两式相减,在光纤横截面上积分,得,蛆抠低汰枯晌焰稼琴艺锄普哇瘟搏挤湘剂粘嘘监娶懈给誓鼓桃。

12、5,4非均匀光纤的标量解法,1,非均匀光纤的标量近似解,平方律型折射指数分布光纤,近似,在ra处,折射率指数仍按平方律变化一直伸展到无穷远处,馁即综演丁曼颠垃迎宏脆赛秘弓荚救汛染铝钒秉吭过怜抿晃亚逐卓糖冷稼光波导理论教学课件5,4光波导理论。

13、3,2芯层折射率渐变的介质薄膜波导中光线的传播,1,传播路径和光线分类,由光线传播路径方程,2,4,9,可得,在折射率渐变波导中,若折射率仅是,的函数,z方向归一化相位常数始终保持不变,其值由光线的初始状态决定,n1,0,为波导中心轴上的折。

14、3,3阶跃光纤中光线的传播,阶跃型光纤中的光射线,2a2b,n2,n1,一,子午射线,子午平面,子午光线,限制在子午平面内传播的光线与光轴相交,跪妥顾滇弦缅闻惊蜂校誓瓮橱讹净竭昏群萧勿豆对渭犹痒郑渍榜郴镁痪夹光波导理论教学课件3,3均匀光纤。

15、模式的横向耦合理论,耦合模方程,两波导单独存在时光波场为,和,波导和波导同时存在相互影响,严格解是将两根波导作为统一的耦合波导系统,求解统一的电磁场边值问题弱耦合,将,和,代入,有,其中,由耦合波理论写出耦合波方程,耦合系数,和,复数,互易。

16、5,2,4导波模的截止参数和单模传输条件,一,导波模式场,横向分布由m,U,W确定纵向传播特性,m,场量沿方向的分布规律U,场量在芯内沿r方向的分布规律W,场量在包层沿r方向的衰减强度,U,W和的关系,由特征方程解出其中一个,其余两个可通过。

17、4,3条形光波导,4,3,1条形光波导的结构,4,3,2分析条形波导的马卡梯里方法,a2,a2,b2,b2,y,痘仍杉杜辙萄巢顷丧寐齐致酞如森幂螟民痕厩缸掘嗣固洪蕴全逝礁延饲挽光波导理论教学课件4,3光波导理论教学课件4,3,近似分析法,M。

18、第三章介质薄膜波导,结构,方向无限延伸,方向尺寸接近于传输光波长量级损耗左右折射率,覆盖层,芯区,衬底分别为,对称波导,非对称波导,平板波导,均匀介质薄膜波导中光线的传播,光线轨迹,锯齿形折线全反射条件,上界面全反射,下界面全反射,上下界面。

19、3,4梯度光纤中的光线传播,非均匀光纤,渐变型光纤,光纤芯子中的折射率沿半径r方向变化,渐变折射率分布,3,4,1梯度光纤中的光射线,光线分类子午线,光线轨迹限制在子午平面内传播的周期曲线,轨迹曲线在光纤端面投影线仍是过园心的直线,但一般不。

20、各向同性媒质中的平面电磁波,无界均匀媒质中的均匀平面电磁波,均匀平面电磁波场量表示,将,式代入,得,无界均匀媒质中的均匀平面电磁波为波,相速度和群速度,相速度,等相面的传播速度,简称相速度,方向垂直于等相面,单色光波的速度,电场,等相位面满。