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耦合模理论及光耦合器件
编辑课件
•耦合模理论
•光耦合器件
•光耦合器
•Mach-Zehnder干预仪
•Mach-Zehnder型电光调制器
•Interleaver光滤波器
•微环谐振滤波器
•有机聚合物微谐振环电光调制器
编辑课件
耦合模理论的应用范围
•同一波导中不同模式之间的耦合，例如：光栅
•不同波导之间的耦合问题，是分析各种类型的半
导体耦合器、定向耦合型调制器与光开关、阵列
半导体激光器等光电子器件工作原理的理论依据。
编辑课件
•纵向均匀无损光波导中模式的性质：
–完备性：纵向均匀光波导内的电磁场总可表示为波导
内沿±z方向传播各种模式的迭加
–正交性：模式相互独立传输，无能量交换
•纵向非均匀光波导模式的性质
–模式耦合：各模式之间有能量交换
编辑课件
光波导的纵向非均匀性
光波导的纵向不均匀起因：制作不完善；使用时引入；人为引入
芯包分界面不均匀芯子直径纵向变化重力影响导致的光纤纵向受力不均，引起
几何尺寸和折射率分布不均匀
使用时引入
制作不完善
∆纵向不均匀
人为引入：光纤光栅，
重要的光纤器件！
编辑课件
纵向非均匀光波导的处理方法
理想波导—均匀实际波导—不均匀
折射率分布差异甚微
缓变函数
模场分布
传输常数
场方程
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模式展开
模式的完备性
缓变函数
忽略
编辑课件
耦合方程
乘
横截面积分模式正交性，且
模式耦合方程！！！
耦合系数：模式〔m,q〕〔n,p〕之间的振幅耦合系数
波导的纵向非均匀性引起了各传导模式之间的耦合，
随着模式在波导内的传输，各模式交换携带的能量
编辑课件
两波导之间的横向耦合
•在两个正规光波导互相平行靠近时，波导之间会发生横向耦合，
其物理过程可以看成是：波导1中的模通过进入公共层的电磁
场使波导2中的介质极化，从而影响了波导2中的模
•当两波导的间距足够大时，各
模式场分布形式不会改变，称
两波导之间为弱耦合。
•在弱耦合条件下，波导之间光场
的横向耦合可用各波导独立时
传输模式间的模式耦合方程来
描述。
编辑课件
两波导之间的横向耦合
•考虑两波导中都只有单模存在的情况，单模的传输常数分别
为
•两
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