第2章-介質(zhì)薄膜波導(dǎo)

第二章介質(zhì)薄膜波導(dǎo)薄膜波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)波的分類用射線法分析薄膜波導(dǎo)中的導(dǎo)波2/3/20231北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院1薄膜波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)zyxon2n3n1dw2/3/20232北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2薄膜波導(dǎo)中薄的分類覆層n3襯底n2薄層n1dθ1θ1θ1θ12/3/20233北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院2薄膜波導(dǎo)中薄的分類導(dǎo)波：當(dāng)光限制在薄膜中襯底輻射模：當(dāng)能量輻射到襯底覆層輻射模：當(dāng)能量輻射到襯底和覆層2/3/20234北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院3射線法分析薄膜波導(dǎo)中的導(dǎo)波TE型波：傳播方向無(wú)電場(chǎng)（橫電波）Ez=0在薄膜中可認(rèn)為是水平極化波TM型波：傳播方向無(wú)磁場(chǎng)（橫磁波）Hz=0在薄膜中可認(rèn)為是垂直極化波2/3/20235北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院極化波的形成zxyzxyEHEH水平極化波垂直極化波2/3/20236北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院薄膜波導(dǎo)的特征方程n3n2dθ1θ1n1AA’CBD’B’C’射線1從B到C的相位變化為射線2從B’到C’的相位變化為兩射線的相位差為2/3/20237北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院薄膜波導(dǎo)的特征方程n3n2dθ1θ1n1AA’CBD’B’C’兩射線的相位差為2/3/20238北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院水平極化波（TE波）：垂直極化波（TM波）：2/3/20239北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院定義橫向相位系數(shù)：特征方程為：物理意義：薄膜中的任一點(diǎn)波，只要沿薄膜橫向往復(fù)一次，其相位變化總是2π的整數(shù)倍，加強(qiáng)原來的波，達(dá)到諧振。結(jié)論：薄膜波導(dǎo)中的導(dǎo)波具有橫向諧振特性！特征方程的物理意義2/3/202310北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院決定導(dǎo)波模式的特性參數(shù)模式：能夠獨(dú)立存在的電磁場(chǎng)的結(jié)構(gòu)形式有TE波和TM波的特征方程。對(duì)應(yīng)不同的m，可以得到不同的傳輸波型TE0，TM0，TE1，TM1，......每種波型都有特定的場(chǎng)型分布和傳輸特性，稱為導(dǎo)波模式。2/3/202311北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院決定導(dǎo)波模式的特性參數(shù)軸向相位常數(shù)β：表示各模式沿導(dǎo)波軸向傳播的相位常數(shù)。橫向相位常數(shù)k1x：表示各模式在薄膜內(nèi)的橫向駐波分布規(guī)律。

2/3/202312北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院決定導(dǎo)波模式的特性參數(shù)襯底衰減常數(shù)α2：表示導(dǎo)波在襯底的衰減規(guī)律。覆層衰減常數(shù)α3：表示導(dǎo)波在覆層的衰減規(guī)律。

2/3/202313北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院決定導(dǎo)波模式的特性參數(shù)截止的概念：當(dāng)全反射的條件被破壞，即認(rèn)為導(dǎo)波處于截止?fàn)顟B(tài)。截止條件：根據(jù)特征方程可求出截止波長(zhǎng)：2/3/202314北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院決定導(dǎo)波模式的特性參數(shù)對(duì)于不同的TE波和TM波，由于Φ13不同，m相同時(shí)，Φ13(TM)>Φ13(TE)

λc(TM)<λc(TE)結(jié)論：在所有導(dǎo)波模式中，TE模的截止波長(zhǎng)最長(zhǎng)；單模傳輸條件：λc(TM0)<λ0<λc(TE0)2/3/202315北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院薄膜波導(dǎo)中模數(shù)量的求法當(dāng)波導(dǎo)中工作波長(zhǎng)低于其他波型的截止波長(zhǎng)時(shí)，可以發(fā)生多模傳輸。怎樣求導(dǎo)波模式的數(shù)量？可通過截止條件下的特征方程來求。2/3/202316北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院薄膜波導(dǎo)中模數(shù)量的求法可得模式數(shù)量為：TE和TM波的Φ13不同，因此模數(shù)量可能不同，可以分別求出，然后相加。2/3/202317北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院薄膜波導(dǎo)中模數(shù)量的求法注意事項(xiàng)：

m值對(duì)應(yīng)截止模式，如為整數(shù)可導(dǎo)行的模式為0—m-1如為小數(shù)可導(dǎo)行的模式為0—[m]例如：如果求出m=3或m=2.5則對(duì)TE波可傳輸?shù)哪Ｊ綖門E0,TE1,TE2對(duì)TM波可傳輸?shù)哪Ｊ綖門M0,TM1,TM22/3/2023