- •Лекция 13:
- •Введение
- •Лучевое описание
- •Планарный волновод
- •Планарный волновод
- •Числовая апертура
- •Волноводные моды
- •Волноводные моды
- •Сдвиг Гуса - Ханчена
- •Градиентный волновод
- •Ввод излучения
- •Лучевое описание
- •Лекция :
- •Введение
- •Геометрии и терминология
- •Распределение интенсивности света в поперечном сечении (мода)
- •Для чего нужно знать профиль моды
- •Волновая теория
- •Волновая теория
- •Волновая теория
- •Волновая теория
- •Волновая теория
- •Волновая теория
- •Волноводная дисперсия
- •Групповая скорость
- •Профиль моды
- •Аналогия с задачей квантовой механики
- •Аналогия с задачей квантовой механики
- •Метод эффективного показателя преломления
- •Связанные волноводы
- •Теория связанных мод
- •Направленный ответвитель
- •Матричное представление
- •Изгиб волновода
- •Граничные условия
- •Ex amplitude
- •Концентрация поля в материале с низким показателем преломления
Теория связанных мод |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Симметричная |
|
≈ |
|
|
+ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
(U1 U2 ) exp[ikz (neff |
n)] |
|
U1 |
|
|
U2 |
|||
Анти-симметричная |
|
≈ |
|
|
+ |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
(U1 U2 ) exp[ikz (neff |
n)] |
|
U1 |
|
|
U2 U2 exp(i ) |
|||
Для равных амплитуд: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(U1 U2 ) exp[ikz (neff |
)] (U1 U2 ) exp[ikz (neff )] |
||||||||
z = 0 |
z = π/2kΔn |
z = π/kΔn |
π/kΔn |
|
Длина биений |
|
||||
2U1 |
2U exp(iπ/2Δn) |
2U exp(iπ/Δn) |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
2 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
z
2
Направленный ответвитель
|
|
Beating length π/kβ |
|
Symmetric |
|
Asymmetric waveguide |
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
coupler |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
directional coupler |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Optical power |
|
|
|
|
|
|
Optical power |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Propagation distance |
|
|
Propagation distance |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3dB direction |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
coupler |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
WG 1 |
WG 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cladding |
|
10 log10 (0.5) ~ 3.0(dB)
Матричное представление
|
|
|
|
|
b1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b2 |
a2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
Linear |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a1 |
|
|
|
|
a1 |
|
|
|
|
|
device |
|
|
|
|
b1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
a2 |
|
|
|
In a linear, unidirectional |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
single-mode 4-port device, |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
the complex amplitude of input |
|||||||||||||
|
|
Cascadability: |
|
|
|
& output light is correlated by: |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
a1 |
|
|
|
k11 |
k12 |
b1 |
|
|||||||
|
|
a Ktotalb |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
k |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
a |
|
|
|
|
k |
|
|
|
b |
|
|||
|
|
Ktotal KnKn 1...K1 |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
21 |
|
22 |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a Kb
a1 |
Linear |
Linear |
… |
Linear |
b1 |
|
|||||
a2 |
device 1 |
device 2 |
device n |
b |
|
|
|
|
|
|
2 |
Изгиб волновода
Потери на изгибе
|
утечка |
|
|
neff x n(x) |
1 |
2x |
; x R |
r |
r1 |
r1 |
|
R |
|
r |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
1 2 |
|
|
|
|
|
2 kn0 |
При критическом радиусе |
|
|
|
|
нечетные
Граничные условия
Guided wave optics |
Quantum mechanics |
• Continuity of wave function
• Continuity of the first order derivative of wave function
Polarization dependent!
TE mode profile
Core |
y |
||
Cladding |
|
|
x |
|
z |
|
|
Substrate |
|
|
|
|
|
||
TE mode: Ez = 0, usually Ex >> Ey
TM mode: Hz = 0, usually Ey >> Ex
Ex amplitude |
y |
y |
|
||
of TE mode |
z |
x |
|
|
x |
Discontinuity |
|
of field due to |
|
boundary |
|
condition! |
Концентрация поля в материале с низким показателем преломления
(Slot waveguide) |
|
|||
y |
|
|
x |
slot |
|
||||
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Cladding
Substrate
TE mode profile
Use low index material for:
•Light emission
•Light modulation
•Plasmonic waveguiding
V. Almeida et al., “Guiding and
confining light in void nanostructure,” Opt. Lett. 29, 1209-1211 (2004).
