光纤通信第5版第4章集成光波导ppt课件
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1、1寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多2寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多3寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.1 4.1 电介质平板波导电介质平板波导5寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。
2、但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.1 4.1 电介质平板波导电介质平板波导1.4.sin12nnc2.4.sin13nnc6寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.1 4.1 电介质平板波导电介质平板波导7寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式8寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称
3、平板波导中的模式对称平板波导中的模式3.4.sinsin10nkk9寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式aztyEE4.4.sincosh1bztyEE4.4.sinsinh110寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式ggvv5.4.1.3.sin0kztEE2.3.vk11寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准
4、备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多We find the phase velocity by setting the phase equal to a constant:phase=t-z=constantTake the derivative with respect to time:(10)0dzdtThe velocity is then:gdzvdt4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式12寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式
5、对称平板波导中的模式ggvv5.4.geffvcn13寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式5.4.gvgeffvcncvcngeffck06.4.0kneff7.4.sinsin10100nknkkneffEvanescent WaveEzStanding Waven1 n2EnvelopeThe decaying wave carries no power in the z-direction.e-z15寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准
6、备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式2/8.4.sin2/2dyazteEEdy2/8.4.sin2/2dybzteEEdy16寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多MODES IN THE SYMMETRIC-SLAB WAVEGUIDEn2n2n1n1 n2 Range of for bound waves:90 c17寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很
7、多Mode in The Symmetric-Slab WaveguideFor an axial ray,=90 and neff =n1For a critical angle ray =c and21211sinnnnnnnceff The range of neff is now(4.9)12nnneff Define the effective index of refraction:sin 1nneff 18寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式9.
8、4.12nnneff7.4.sin1nneff19寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.1 4.2.1 模式条件模式条件20寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.1 4.2.1 模式条件模式条件10.4.2m29.3.sincossincos2212212222122122iiiiPnnnnnnnn23寒假来临，不
9、少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.2 TE4.2.2 TE偏振和偏振和TMTM偏振偏振24寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.2 TE4.2.2 TE偏振和偏振和TMTM偏振偏振25寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多kEH磁场磁场H电场电场
10、En2n1n3电场电场E磁场磁场Hn2n1n3TE（横电波）TM（横磁波）dn1n2n2A光线1光线2光线向上传播时的相前光线向上传播时的相前C光线向下传播时的相前光线向下传播时的相前 dn1n2n2A光线1光线2光线向上传播时的相前Cs s1 1s s2 2DB BE Edn1n2n2A光线1光线2光线向上传播时的相前光线向上传播时的相前Cs s1 1s s2 2DB BE E1023210122nkCDnkABdn1n2n2A光线1光线2Cs s1 1s s2 2DB BE E1023210122nkCDnkABmCDABnk222321021（1）111111cos22sin22,cos
11、2dintgdOFOCtgdEFOFtgEFdOCCDABdCDAB证明：mdnkmCDABnk32110321021cos222可化简为因此（2）mdcosnk32110（3）32 mhd（4）32 mhd（4）上下两个反射面发生两次相位突变上下两个反射面发生两次相位突变2 2 1 1、2 2 2 2，12131231212122cos/sinarctancos/sinarctannnnn34寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3 TE4.2.3 T
12、E模式图模式图10.4.2m)11.4.()sin(cos12tan22211nnndh112212212cossinarctannnncos2cos11.420123232nkhhdmmhd35寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3 TE4.2.3 TE模式图模式图)11.4.()sin(cos12tan22211nnndhcos2cos1nkh36寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假
13、招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3TE4.2.3TE模式图模式图Consider an AlGaAs Laser Diode55.36.321 nn 4.80sin121nnc 904.80 213.553.6effeffnnnn cos2cos211nhdddnhd37寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多For the TE0 mode the calculations yield the table:(1)(2)(3)(4)(5)(6)nefftan(hd/2)hd
14、2 n1cos d/80.43.550003.7570823.5650.6511.1553.1480.367843.5801.2611.7802.3640.753863.5912.1612.2751.5781.442883.5984.6532.7180.7893.445903.6003.1420 4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3 TE4.2.3 TE模式图模式图For the table on the previous slide,the values were calculated as follows:(1)The chosen angle (2)neff
15、=n1sin =3.6 sin(3)222211sincos12tannnnhd (4)2tan-1(3),in radians(5)2 n1cos(6)5()4(cos2cos211 nhddndhd39寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多The plotted result is the mode chart:TE0TE1TE2TE3TE4TE5d/neff 4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3TE4.2.3TE模式图模式图40寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准
16、备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多4.2 4.2 对称平板波导中的模式对称平板波导中的模式4.2.3 TE4.2.3 TE模式图模式图4.2.4 4.2.4 高阶模高阶模)11.4.()sin(cos12tan22211nnndhmhd22112212212cossinarctan*nnncos22cos2/2,0)1(12102nnhddhdmcos2/cos2cos22cos2/2,0)2(1011212nmdnmnnhddmhdmm)12.4()12.4(.cos2/10nmddmmhd222222,0)1(hdhdm112212212cossinarctan
17、*nnnThis applies for even mode patterns given by:)4.4(.)cos(EE)(1aehyztj)11.4.(sincos12tan222211annnhdmhd22112212212cossinarctan*nnn22222,1)2(hdhdmIn this case,the resonance condition is:)11.4.(sincos122tan222211bnnnhdFor odd mode patterns,the electric field can be written as:)4.4.(.)sin(EE)(1behyzt
18、j)13.4.(.cos21101dnddcos21101nddFor the TE1 mode,we then haveThe mode chart for the TE1 mode can be plotted from this result.)12.4(.cos2/10nmddm46寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Higher Order ModesThe next mode is the TE2 mode.It is an even mode.(d/)2 is found from(4.11a)by
19、taking the second lowest solution as illustrated on the following plot of the tangent function.)11.4.(sincos12tan222211annnhd47寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Higher Order Modes(hd/2)TE0 TE2 TE425 Vertical scale:tan(hd/2)Horizontal scale:hd/248寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一
20、个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Higher Order Modes cos210nmddm where m is the mode order.m is even for even modes and m is odd for odd modes.In general(4.12)49寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Higher Order ModesThus,we increment d/by an amount11(/)2cosdnbetween successive modes.T
21、he table on the next slide was obtained from the TE0 mode table in this way.50寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多 neff(d/)(d/2 280.43.5500.8360.8361.672823.5650.9981.3652.363843.5801.3292.0823.410863.5911.9913.4335.424883.5983.9807.42511.40903.600(d/0 000.3670.7531.4423.445(d/
22、1 1 51寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Example:Let d=1.64 m,=0.82 m.2 Then dFind ,neff,and the number of allowed modes.From the mode chart(next slide):1.81557.3 7.83578.3 7.86594.3 210 effeffeffnTEnTEnTE111sinsinnnnneffeff TE Mode Chart d/neff Only three modes propagated in
23、the example where d/=2.In general,the m-th mode cuts off(no longer propagates)when d/satisfies:2221,2nnmdcm (4.14)Higher Order ModesThe order of the highest ordered propagating mode is found by solving(4.14)for m.The result is:22212nndm Use the integer part of m.Since the lowest ordered mode has m=0
24、,the number of modes allowed is the integer part of 222121nndN (4.16)Joseph C.Palais4.25455寒假来临，不少的高中毕业生和大学在校生都选择去打工。准备过一个充实而有意义的寒假。但是，目前社会上寒假招工的陷阱很多Higher Order ModesAs seen from this last equation,we can minimize the number of modes by:making n1 close to n2making d/smallThese are general conclusio
25、ns for all waveguides.222121nndN (4.16)Suppose we wish to allow only one mode.Solve(4.14)for m=1.2221,121nndc To insure only the TE0 mode will propagate,make222121nnd This produces a single-mode waveguide.(4.17)2221,2nnmdcm (4.14)In a multimode waveguide:At a fixed thickness,Lower-ordered rays trave
26、l with larger angles (ray travel more axial)than higher-ordered rays.Lower HigherHigher-ordered modes travel with smaller angles(rays travel steeply with respect to the axis).4.2.5 TM4.2.5 TM模式图模式图)18.4.()sin(cos2tan2221221nnnndhmhd22112212212cossinarctan*nnn2221,2nnmdcm (4.14)(4.17)222121nnd Plot t
27、he transverse mode patterns:(Standing Wave Patterns)cos(hy)TE0TE1 22 hd 2 2 hdsin(hy)yye-y-d/2)e-y-d/2)d/2-d/24.2.6 4.2.6 模式场分布图模式场分布图cos(hy)TE2TE3 232 hd 22 23 hdsin(hy)yyPlot the transverse mode standing wave patterns.d/2-d/2e-(y-d/2)(hd/2)TE0 TE2 TE425 Vertical scale:tan(hd/2)Horizontal scale:hd/2mhd222222,0)1(hdhdm)11.4.(sincos12tan222211annnhd(hd/2)TE0 TE2 TE425 Vertical scale:tan(hd/2)Horizontal scale:hd/2mhd2222222,1)2(hdhdm)11.4.(sincos122tan222211bnnnhd
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