對稱平板波導(dǎo)的模式計算課程設(shè)計論文(編輯修改稿)
2025-07-20 17:46 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 RSOFT軟件。（2）設(shè)計一個對稱平板波導(dǎo)。（3）利用rsoft軟件對該光路進行系統(tǒng)設(shè)計，并進行相應(yīng)的設(shè)計、模擬和仿真工作。 軟件簡介 RSoft是一款非常實用的光波導(dǎo)仿真軟件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多種算法，使得它能夠適用于各種不同要求場合。本課程主要使用RSoft算法集中的BPM算法對光波導(dǎo)和簡單光波導(dǎo)器件進行仿真計算，從而對光在波導(dǎo)中的傳輸有一定得了解。 BeamPROP 是一個高度集成了計算機輔助設(shè)計和模擬仿真的專業(yè)軟件，專用于設(shè)計集成光學(xué)波導(dǎo)元件和光路。此軟件由美國RSOFT公司出品，1994年投入市場，被學(xué)院及產(chǎn)業(yè)公司的開發(fā)設(shè)計人員廣泛使用。此軟件使用先進的有限差分光束傳播法 (finitedifference beam propagation method)來模擬分析光學(xué)器件。用戶界面友好，分析和設(shè)計光學(xué)器件輕松方便。其主程序為一套完善的用于設(shè)計光波導(dǎo)元件和光路CAD設(shè)計系統(tǒng)，且可控制相關(guān)的模擬參數(shù)，如：數(shù)值參數(shù)、輸入場以及各種顯示、分析功能選項。另一功能為模擬程序，它可以在主程序內(nèi)或獨立執(zhí)行模擬分析工作，以圖形方式顯示域的特性以及用戶感興趣的各種數(shù)值特性。2原理分析 均勻介質(zhì)薄膜波導(dǎo)薄膜波導(dǎo)是最簡單的光波導(dǎo)類型，對薄膜波導(dǎo)的分析，在光波導(dǎo)領(lǐng)域具有典型意義。另一方面，薄膜波導(dǎo)又是集成光學(xué)的技術(shù)基礎(chǔ)。⑴波導(dǎo)結(jié)構(gòu) 薄膜波導(dǎo)也稱平面介質(zhì)波導(dǎo)，是由兩層低折射率介質(zhì)膜和中間夾有的一層高折射率介質(zhì)膜所組成的三層結(jié)構(gòu)。中間一層稱為芯層，折射率為n1，是光波傳播的通道，下面一層稱為襯底，折射率為n2，上面一層稱覆蓋層，折射率n3。上下兩層都是限制光線的阻擋層。為了保證光線在芯層的傳播，必須要求n1大于n2 和n3，一般設(shè)定n1＞n2 ＞n3。zn3 復(fù)蓋層n1 芯層n2 襯底 薄膜波導(dǎo)示意圖x ⑵波導(dǎo)光線 均勻介質(zhì)波導(dǎo)的芯層光線沿直線傳播，經(jīng)與上下界面的反射和折射，形成鋸齒形光線。光線可分為兩種，滿足全反射條件的光線，始終被束縛在芯層內(nèi)，稱為束縛光線或?qū)Рü饩€，未滿足全反射條件的光線稱為折射光線或輻射光線，這種光線可穿過界面進入襯底或覆蓋層。 ⑶導(dǎo)波條件 假定芯層的鋸齒形光線向z方向傳播，但是局部光線的指向卻有上傾和下傾兩種可能，即波矢量不是唯一確定的，其x方向分量具有雙值不確定性。然而的z分量卻是唯一確定的，而且在一條光線的傳播過程中始終保持不變以，這是一個重要的不變量，以表示，稱為傳播常數(shù)。因而 （）因為導(dǎo)波光線必須滿足界面反射條件，即＞，所以傳播常數(shù)必須滿足以下條件＞＞ （）()式被稱為導(dǎo)波條件，適用于多種類型的波導(dǎo)。有的文獻定義參數(shù)為有效折射率(或用表示)，因而導(dǎo)波條件也可表示為＞＞ () 均勻介質(zhì)波導(dǎo)的缺點是存在多模色散問題，即不同光線之間存在傳播時間差。鋸齒形光線的傳播時間為，其中z為傳播距離，q為光線與z軸的夾角，因為受到全反射條件的限制，＜＜1，所以導(dǎo)波光線之間的最大時間差可表示為 ()
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