介质平面波导TE0模衍射场的光束参量.pdf

第z3卷第6期 光学学报 V01．23。No．6 2003年6月 ACTA0PTICASINICA June，2003 文章编号：0253—2239(2003)06—0702—5 介质平面波导TE。模衍射场的光束参量“ 郭福源1’2林斌1陈钰清1 曹向群1 上官成木生2 ＼福建师范大学物理系激光研究所，福州 J 摘要： 对于傍轴光束，提出了介质平面波导衍射场的近场模场半宽度、远场发散角半宽度和光束传输因子M2等 光束参量之间满足简单的关系式，三个光束参量均可直接由波导模式场分布精确计算。或由可实际精确测量的远 场衍射频谱分布精确计算。^铲因子的计算公式可表述为以二阶矩和微分算子定义的近场模场半宽度的比值，或 以二阶矩和微分算子定义的远场发散角半宽度的比值。最后推导出介质平面波导TE0模衍射场光束参量的解析 函数和光束参量的范围。 关奠词：导波光学}介质平面波导；衍射频谱}模场半宽度；远场发散角半宽度；光束传输因子 中图分类号：TN814：0436文献标识码：A 1引 言 面坐标系中描述，近场场分布9(z)的二阶矩 (Second 折射率对称阶跃分布的介质平面波导是最简单 (Differential 常用的一种波导，其基模的模场分布和远场衍射频 谱特性是阵列波导光栅“’21和凹面刻蚀光栅01等基 纤模场的第一、二定义o“”1而定义。本文参照模场 于平面波导技术制作的光通信器件的理论基础，也 半宽度的定义，分别以远场衍射频谱分布s(8)的二 是波导模场分析““1和半导体激光器光束质量因子 阶矩和微分算子方法定义二阶矩远场发散角半宽度 M2分析”’81的基础。1990年，Siegman口1建议采用 兔”和微分算子远场发散角半宽度口Do。对于傍轴光 M2因子统一描述和评价激光的光束质量，已成为 束，本文进而阐明了以二阶矩和微分算子定义的近 目前国际标准组织不断发展和完善的国际标准o…。 场模场半宽度O)SM、mD0，远场发散角半宽度以。、8Do， 然而，仅靠M2因子是不能完全评价光束质量的，近 以及M2因予之间的关系。 场模场半宽度和远场发散角半宽度等参量在实际应 结果表明，M2因子由介质平面波导结构参量 11146t 用中更有意义。因此，国际标准组织在ISO 决定，可以根据两种定义的近场模场半宽度和远场 1999标准中，已将M2因子改称为更为贴切的名 发散角半宽度计算，在实际应用中，由于波导尺寸一 词——光束传输因子。它和近场模场半宽度和远场 般为微米数量级，在波导近场精确测量光束参量是 发散角半宽度三个参量共同作为光束参量描述和质