(集成光电子学导论)第三章光波导耦合器.ppt

思考：这个器件是否可逆？ 能 只要结构设计的好就可以 多模干涉耦合器 一分为三 一分为四 一分为七 由于衍射极限的限制，(1分为7时)会不均匀？我记得光束可以弄得很小 可以突破衍射极限 如果在下面位置截开，再用光纤导出 可以达到一分为多的效果 多模干涉成像有限制： 物体要比较小，要位于光纤内部。因为条件苛刻，所以不能广泛应用。 利用多模干涉可以成像 （极少数不用透镜成像） 如图 自映像现象 思考：如何才能成像？ 不用透镜能成像的手段有哪些？ 物理光学：泰伯效应 这里的多模干涉也是一种不用透镜的成像现象 思考：如何让多模干涉后的像更清晰？ 从干涉的基本原理思考 忘了。。。 干涉的条件： 波长相同，相差恒定， 振动方向相同。 思考：多模干涉现象是否与波长有关？ 让我们一起用Rsoft软件来验证，根据现象来思考原因 Rsoft上面有个example D:\RSoft\examples\BeamPROP\Tutorial\Tut03\MMI.ind 是多模干涉的例子 灰色那条应该是把default改成inactive吧老师没仔细说 1550 nm 1310 nm 马赫泽德干涉仪 思考：如何用集成光电子元件实现马赫泽德干涉仪的结构？ 见下一页 使用两个任意结构的3dB耦合器连接都可以构成马赫泽德干涉仪 发挥你的想象力，看这个结构可以用来干什么？ 一个臂不变作为参考，然后另外一个臂发生改变（可以利用电光材料改变它的偏振态）然后观察两束光能不能发生干涉 让我们一起实践使用Rsoft软件来设计一个光学传感器 先画光纤 设置监视器 1 NEW新建监视 2 点击光走的路程 3 设置基模 设置完监视器之后点运行 运行之后会有能量分布图出来 点击 contour map 之后就会有这个图 尽量让分出来功率之和为1（损耗尽量小） 总结 了解耦合器的原理、性能评价指标和常用结构 能够灵活设计耦合器，并解释相关现象 能理解耦合器的各种应用 插入损耗，附加损耗，分光比….书本75页 Y分支 多模干涉 第三章 光波导耦合器 教师：宋军 光功分器 思考：空间光学如何实现光的分束 预思考：我们学过的知识里哪用过分束器？ 什么原理？ 思考：集成光电子技术里可以用于功分器的原理 Y分支 星型耦合 多模干涉 定向耦合 思考：如何将光纤中的光耦合入波导？ 球透镜耦合结构 自聚焦透镜耦合 思考：能量耦合的初略计算 E1 高斯光 高斯光耦合进入单模平板波导后怎么传输？有多少能耦合进去？ 如果这个波导有两个模式呢？ E2 哪个模式能量多？ 思考：两根光纤靠得非常近是否有损耗？ 只间隔10微米 光耦合器的基本参数 1. 附加损耗 附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于全部输入光功率的减小值。该值以分贝(dB)表示的数学表达式为 式中：Pouti为第i个输出口的输出功率；Pin为输入光功率。 思考：对除星型耦合器外其他三种，附加损耗的主要来源 Y分支 星型耦合 多模干涉 定向耦合 2. 插入损耗 插入损耗定义为指定输出端口的光功率相对全部输入光功率的减少值。该值通常以分贝(dB)表示，数学表达式为 其中：ILi是第i个输出端口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口测到的光功率值；Pin是输入端的光功率值。 什么是3dB耦合器？ 3. 分光比 分光比(Coupling Ratio，CR)是光耦合器所特有的技术术语，它定义为耦合器各输出端口的输出功率相对输出总功率的百分比，在具体应用中常用数学表达式表示为 例如对于标准X形耦合器，1∶1或50∶50代表了同样的分光比，即输出为均分的器件。 一起设计Y分支耦合器 最终四束光功率分别为0.244、0.244、0.2095、0.2095 分光比和附加损耗 最终四束光功率分别为0.244、0.244、0.2095、0.2095 输出总功率为0.9070 思考:如何制作一个1:2的耦合器？ 能否用此结构，利用分支1:2的宽度差实现1:2分束比，为什么？ 宽的一端和窄的一端哪个走的能量多？ 可以通过改变两分支宽度比来改变分光比，但并不是成比例的 使用这样的渐变结构是否可行？ 如果两端口尺寸完全一样折射率不同会如何？ 右端折射率差0.01 左端折射率差0.011 思考：哪端光强更大，为什么？ 下端折射率差0.01 思考：继续增大两端折射率差会有什么现象 右端折射率差0.01 左端折射率差0.1 下端折射率差0.01 用Rsoft来尝试验证一下 从量子力学的角度来看平板波导对光的束缚 Helmholtz equation: x n ncore nclad ncore nclad nclad Schr?dinger equation: ? V x V0 Vwell 1-d poten