導(dǎo)波光學(xué)基礎(chǔ)： 光在平板光波導(dǎo)中的傳播（上）

光在平板型光波導(dǎo)中的傳播

一、平板光波導(dǎo)的射線理論

模式本征方程的意義：

1.對(duì)于一個(gè)給定的模式，只有一個(gè)確定的入射方向，即波導(dǎo)對(duì)入射角是有選擇性的。由于模序數(shù)只能取有限個(gè)正整數(shù)，所以平板波導(dǎo)所能維持的導(dǎo)模數(shù)量也是有限的。

2.對(duì)于一定的模式，存在一個(gè)最小模厚（稱為截止模厚）。這時(shí)入射角等于在下表面上的臨界角。當(dāng)模厚比截止模厚還要小時(shí)，入射角小于臨界角，電磁場(chǎng)就傳播到襯底里取樂，因而沿薄膜波導(dǎo)很快就衰減下去。

3.模越厚，允許存在的模數(shù)越多。

Ta2O5薄膜波導(dǎo)中的TE模的有效折射率與膜厚的關(guān)系

二、平板光波導(dǎo)中的場(chǎng)分布

波導(dǎo)中模式是光波電磁場(chǎng)在波導(dǎo)中一種穩(wěn)定分布。但各模式對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)的具體分布形式尚不能由模式本征方程確定出來，而應(yīng)由電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程結(jié)合波導(dǎo)的邊界條件來確定。

在波導(dǎo)內(nèi)，場(chǎng)呈余弦分布，而在覆蓋層和襯底內(nèi)，均作指數(shù)衰減。在覆蓋層內(nèi)衰減的要快一些。這就是說，覆蓋層與襯底的折射率和薄膜的折射率相差越大，場(chǎng)在覆蓋層與襯底內(nèi)衰減的就越快，而在薄膜波導(dǎo)內(nèi)越集中得好。

高次模的電場(chǎng)延伸到覆蓋層和襯底內(nèi)比較遠(yuǎn)的地方。