光波导理论20121.ppt

教学目的 通过本课程的学习，要求学生： 了解集成光学的基本概念， 熟练掌握光波在平板介质波导中的传输特性 掌握集成光波导器件的制备材料、典型结构、工作原理及基本制备工艺过程， 掌握光波导器件的参数测试技术， 了解光波导技术的应用及发展现状。 教学内容 第一章：集成光学概论 第二章：导波光学理论 第一节 平板光波导的射线光学分析（4学时） 第二节 平板光波导的波动方程分析（4学时） 第三节 条形光波导的波动方程分析（4学时） 第四节 耦合模理论（4学时） 第三章：光波导器件与集成技术（22学时） 第一节 集成光学材料（2学时） 第二节 光波导的主要制作和集成技术（8学时） 第三节：光波导的损耗（1学时） 第四节：光波导参数测试(1学时) 第五节 集成光波导器件 (8学时) 第六节：集成光学的应用及发展趋势(2学时) 考核方式与成绩评定 考核方式：闭卷笔试 成绩评定：平时考核成绩（出勤，实践表现及作业）占20%，期末考试成绩占80%。 教材及主要参考书目 教材： 光波导理论与技术，李玉权 崔敏，人民邮电出版社，2002 参考书： 《Integrated Optics: Theory and Technology》，sixth Edition, R.G.Hunsperger, Springer Verlag, 2009 介质光波导及其应用, 秦秉坤等, 北京理工大学出版社，1991 光波导技术理论基础, 叶培大等, 北京邮电大学出版社,2002 《Optical Integrated Circuits》，Hiroshi Nishihara, Masamitsu Haruna, Toshiaki Suhara，McGraw-Hill Professional, 1989 集成光学， 蔡伯荣主编 电子科技大学出版社出版，1998 徐国昌,《光电子物理基础》[M].东南大学出版社:2000. 光波导模式理论，马春生、刘式墉，吉林大学出版社，2006 集成光学概论 1.1 集成光学的概念 1.2 集成光学的特点 1.3 集成光学的发展和现状 1.4 研究集成光学的意义 §1.1 集成光学的概念 The first integrated circuit 2.集成光学概念的提出 集成光学的概念是1969年美国贝尔实验室的Miller博士提出的(Integrated Optics: An Introduction, Bell System Technical Journal, 1969, 48:2059~2061) 集成光学发展初期，美国华裔科学家田柄耕假借集成电路的概念，对集成光学归纳了三条定义：（1）光束能限制在光波导中传播；（2）利用光波导可以制成各种光波导器件；（3）将光波导和光波导器件集成起来可构成有特定功能的集成光路 目前，“集成光学”的概念涵盖广泛的内容。 按集成的方式划分：个数集成和功能集成 按集成的类型划分：光子集成回路（PIC）和光电子集成回路（OEIC） 按集成的技术途径划分：单片集成和混合集成 按研究内容划分：导波光学和集成光路 3.集成光学的定义 (1)集成光学是在光电子学和微电子学基础上，采用集成方法研究和发展光学器件和混合光学－电子学器件系统的一门新的学科。 (2)集成光学是研究介质薄膜中的光学现象，以及光学元器件集成化的一门学科。 (3)集成光学是研究集成光路特性和制造技术以及与微电子学相结合的学科。 4. 从四个方面理解集成光学的概念： (a)理论基础：光学和光电子学 (b)工艺基础：薄膜技术、微电子工艺 (c)主要目的：实现光学系统的薄膜化、微型化和集成化 (d)主要应用：光纤通信、光子计算机、光纤传感、光学信息处理等 集成光学主要应用（一）——光纤通信 1.光纤通信 光集成器件是实现高速率大容量光通信网络的关键硬件和必由之路，包括高速响应集成激光源、波导光栅阵列密集波分复用器、窄带响应集成光电探测器、路由选择的波长变换器、快速响应光开关矩阵、低损耗多址波导分束器等。 集成光学主要应用（二）——光子计算机 光子计算机： 光子计算机是一种全新的计算机，是以光子作为主要的信息载体，以光子系统作为计算机的主体，以光运算作为计算机运算方式的计算机。 光子计算机的优点： (a)具有超高的运算速度 ——串行电子计算机的极限速度是1010次/秒，而光子计算机的理论计算速度达1023次/秒，在技术上可实现1012~1015次/秒的计算速度 (b)具有超并行性工作的能力 (c)具有极高的信息存储能力——比电子计算机高106~109倍。 集成光学主要应用（三）——光纤传感 光纤传感器具有抗电磁干扰和原子辐射、重量轻、体积小、绝缘、耐高温、耐腐蚀等众多优异的性能，能够对应变、压