棱鏡耦合1ppt課件棱鏡耦合1ppt課件[實驗?zāi)康腯1.學(xué)習(xí)一種波導(dǎo)耦合方式-棱鏡耦合.2.觀察棱鏡耦合的m線.3.測量不同m線的角.4.掌握有效折射率的測量和計算方法.5.利用棱鏡耦合法測量波導(dǎo)參數(shù).2ppt課件[實驗?zāi)康腯2ppt課件【實驗原理】1.1三層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模一個均勻的三層平板波導(dǎo)是由低折射率襯底和包層及高折射率波導(dǎo)構(gòu)成的，如圖一。其三者折射率關(guān)系為3ppt課件【實驗原理】1.1三層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模3ppt課件4ppt課件4ppt課件當(dāng)光線在波導(dǎo)-包層界面和波導(dǎo)-襯底界面反復(fù)發(fā)生全內(nèi)反射時，光波就限制在上、下界面之間按照鋸齒形的路線沿著與界面平行的方向（Z軸方向）傳播形成導(dǎo)模。

鋸齒形光線實際上是在薄膜內(nèi)互相疊加的兩個均勻平面波。一個斜向上傳播，另一個斜向下傳播。

波導(dǎo)中的波數(shù)其中為自由空間中的

波數(shù)。

波矢沿Z方向的分量為：（1）

而X方向的分量則分為（2）

5ppt課件當(dāng)光線在波導(dǎo)-包層界面和波導(dǎo)-襯底界面反復(fù)發(fā)生全內(nèi)反射時，光光波從波導(dǎo)下界面出發(fā)向上行進到波導(dǎo)上界面，在上界面遭全內(nèi)反射返回到下界面，在下界面遭全內(nèi)反射后與原來從下表面出發(fā)的光波疊加在一起，要發(fā)生相互加強，這兩個光波的相位差應(yīng)該等于的整數(shù)倍。

對于厚度為d的波導(dǎo)，光波從下界面行進到上界面的相移是Kd，在波導(dǎo)上界面的全反射相移是，從上界面返回到下界面的相移是Kd，在波導(dǎo)下界面發(fā)生的全反射相移是，因此光波能在波導(dǎo)中傳播的條件為：

6ppt課件6ppt課件式中m叫做模的階數(shù)，取以零開始的有限個正整數(shù)，上式可改寫為：

（3）

稱為平板波導(dǎo)的模方程。該方程的未知數(shù)是

對于給定的m，就有確定的，相應(yīng)的叫做

m階導(dǎo)模的傳播常數(shù)，叫做m階導(dǎo)模的模角。

利用全反射相移公式可知

（TE）（TM）

（TE）（TM）

7ppt課件式中m叫做模的階數(shù)，取以零開始的有限個正整數(shù)，上式可改寫為：將，的表示代入式（3），就得到兩種偏振態(tài)的平板波導(dǎo)模式的本征方程。對TE模有

式中對TM模有在導(dǎo)波光學(xué)中，定義波導(dǎo)的有效折射率那么（4）（5）8ppt課件將，的表示代入式（3），就得到兩種偏振態(tài)的平板波導(dǎo)模式1.2棱鏡耦合法激發(fā)光波導(dǎo)中的導(dǎo)模直接入射到平板波導(dǎo)上的光不能在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模，要想在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模通常采用以下三種方法：棱鏡耦合法，光柵耦合法，和端面耦合法。棱鏡耦合法是比較方便的方法，在導(dǎo)波激發(fā)的實驗中我們采用這種方法。棱鏡耦合的結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)入射的激光在底面上全反射時，若入射光滿足相位匹配條件，會產(chǎn)生光學(xué)隧道效應(yīng)，光會通過空氣隙進入薄膜。相位匹配條件是指光在棱鏡中沿Z方向傳播的波矢量與光在薄膜中沿Z方向傳播的波矢量相等。9ppt課件1.2棱鏡耦合法激發(fā)光波導(dǎo)中的導(dǎo)模9ppt課件棱鏡耦合結(jié)構(gòu)示意圖10ppt課件棱鏡耦合結(jié)構(gòu)示意圖10ppt課件

當(dāng)耦合條件滿足時，大部分能量進入波導(dǎo)，反射光強驟減，在反射屏上能觀察到若干條彎曲的線，即

m-line。這時就認為導(dǎo)模被激發(fā)了。反射率R隨入射角的變化曲線也稱為衰減全反射（ATR）譜。

11ppt課件

當(dāng)耦合條件滿足時，大部分能量進入波導(dǎo)，反射光強驟減，在12ppt課件12ppt課件1.3有效折射率的測量將樣品放置在旋轉(zhuǎn)臺上用探測器測量反射光隨入射角的變化函數(shù)。通過反射曲線的驟減峰來判斷導(dǎo)模的激發(fā)。13ppt課件1.3有效折射率的測量將樣品放置在旋轉(zhuǎn)臺上用探測器測量反射光

探測到的光強信號一般為幾個毫伏，將這個信號經(jīng)模擬放大電路放大，再通過A/D轉(zhuǎn)化卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行分析。數(shù)據(jù)經(jīng)計算機采集并分析之后能直接獲得棱鏡偶合角。從而可以根據(jù)公式計算導(dǎo)模有效折射率。

14ppt課件

探測到的光強信號一般為幾個毫伏，將這個信號經(jīng)模擬放大電路放1.3波導(dǎo)參數(shù)：膜厚度d和的計算棱鏡-波導(dǎo)系統(tǒng)原則上可以看成一四層平板波導(dǎo)系統(tǒng)，但在空氣間隙較大的情況下，可以近似看成一個三層平板波導(dǎo)。所以若測得三個模的有效折射率，如，，有效折射率并已知，代入4，5式可得到三個模的p，q值，分別表示為和之后可以寫出三個TE模的本征方程：借助計算機解上述超越方程可以得出15ppt課件1.3波導(dǎo)參數(shù)：膜厚度d和的計算15ppt課件棱鏡耦合16ppt課件棱鏡耦合1ppt課件[實驗?zāi)康腯1.學(xué)習(xí)一種波導(dǎo)耦合方式-棱鏡耦合.2.觀察棱鏡耦合的m線.3.測量不同m線的角.4.掌握有效折射率的測量和計算方法.5.利用棱鏡耦合法測量波導(dǎo)參數(shù).17ppt課件[實驗?zāi)康腯2ppt課件【實驗原理】1.1三層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模一個均勻的三層平板波導(dǎo)是由低折射率襯底和包層及高折射率波導(dǎo)構(gòu)成的，如圖一。其三者折射率關(guān)系為18ppt課件【實驗原理】1.1三層平板波導(dǎo)中的導(dǎo)模3ppt課件19ppt課件4ppt課件當(dāng)光線在波導(dǎo)-包層界面和波導(dǎo)-襯底界面反復(fù)發(fā)生全內(nèi)反射時，光波就限制在上、下界面之間按照鋸齒形的路線沿著與界面平行的方向（Z軸方向）傳播形成導(dǎo)模。

鋸齒形光線實際上是在薄膜內(nèi)互相疊加的兩個均勻平面波。一個斜向上傳播，另一個斜向下傳播。

波導(dǎo)中的波數(shù)其中為自由空間中的

波數(shù)。

波矢沿Z方向的分量為：（1）

而X方向的分量則分為（2）

20ppt課件當(dāng)光線在波導(dǎo)-包層界面和波導(dǎo)-襯底界面反復(fù)發(fā)生全內(nèi)反射時，光光波從波導(dǎo)下界面出發(fā)向上行進到波導(dǎo)上界面，在上界面遭全內(nèi)反射返回到下界面，在下界面遭全內(nèi)反射后與原來從下表面出發(fā)的光波疊加在一起，要發(fā)生相互加強，這兩個光波的相位差應(yīng)該等于的整數(shù)倍。

對于厚度為d的波導(dǎo)，光波從下界面行進到上界面的相移是Kd，在波導(dǎo)上界面的全反射相移是，從上界面返回到下界面的相移是Kd，在波導(dǎo)下界面發(fā)生的全反射相移是，因此光波能在波導(dǎo)中傳播的條件為：

21ppt課件6ppt課件式中m叫做模的階數(shù)，取以零開始的有限個正整數(shù)，上式可改寫為：

（3）

稱為平板波導(dǎo)的模方程。該方程的未知數(shù)是

對于給定的m，就有確定的，相應(yīng)的叫做

m階導(dǎo)模的傳播常數(shù)，叫做m階導(dǎo)模的模角。

利用全反射相移公式可知

（TE）（TM）

（TE）（TM）

22ppt課件式中m叫做模的階數(shù)，取以零開始的有限個正整數(shù)，上式可改寫為：將，的表示代入式（3），就得到兩種偏振態(tài)的平板波導(dǎo)模式的本征方程。對TE模有

式中對TM模有在導(dǎo)波光學(xué)中，定義波導(dǎo)的有效折射率那么（4）（5）23ppt課件將，的表示代入式（3），就得到兩種偏振態(tài)的平板波導(dǎo)模式1.2棱鏡耦合法激發(fā)光波導(dǎo)中的導(dǎo)模直接入射到平板波導(dǎo)上的光不能在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模，要想在平板波導(dǎo)中形成導(dǎo)模通常采用以下三種方法：棱鏡耦合法，光柵耦合法，和端面耦合法。棱鏡耦合法是比較方便的方法，在導(dǎo)波激發(fā)的實驗中我們采用這種方法。棱鏡耦合的結(jié)構(gòu)如圖所示，當(dāng)入射的激光在底面上全反射時，若入射光滿足相位匹配條件，會產(chǎn)生光學(xué)隧道效應(yīng)，光會通過空氣隙進入薄膜。相位匹配條件是指光在棱鏡中沿Z方向傳播的波矢量與光在薄膜中沿Z方向傳播的波矢量相等。24ppt課件1.2棱鏡耦合法激發(fā)光波導(dǎo)中的導(dǎo)模9ppt課件棱鏡耦合結(jié)構(gòu)示意圖25ppt課件棱鏡耦合結(jié)構(gòu)示意圖10ppt課件

當(dāng)耦合條件滿足時，大部分能量進入波導(dǎo)，反射光強驟減，在反射屏上能觀察到若干條彎曲的線，即

m-line。這時就認為導(dǎo)模被激發(fā)了。反射率R隨入射角的變化曲線也稱為衰減全反射（ATR）譜。

26ppt課件

當(dāng)耦合條件滿足時，大部分能量進入波導(dǎo)，反射光強驟減，在27ppt課件12ppt課件1.3有效折射率的測量將樣品放置在旋轉(zhuǎn)臺上用探測器測量反射光隨入射角的變化函數(shù)。通過反射曲線的驟減峰來判斷導(dǎo)模的激發(fā)。28ppt課件1.3有效折射率的測量將樣品放置在旋轉(zhuǎn)臺上用探測器測量反射光

探測到的光強信號一般為幾個毫伏，將這個信號經(jīng)模擬放大電路放大，再通過A/D轉(zhuǎn)化卡轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號進行分析。數(shù)據(jù)經(jīng)計算機采集并分析之后能直接獲得棱鏡偶合角。從而可以根據(jù)公式計算導(dǎo)模有效折射率。

29ppt課件

探測到的光強信號一般為幾個毫伏，將這個信號經(jīng)模擬放大電