第2章-介质薄膜波导

第二章介质薄膜波导薄膜波导的结构波的分类用射线法分析薄膜波导中的导波2/3/20231北京邮电大学信息与通信工程学院1薄膜波导的结构zyxon2n3n1dw2/3/20232北京邮电大学信息与通信工程学院2薄膜波导中薄的分类覆层n3衬底n2薄层n1dθ1θ1θ1θ12/3/20233北京邮电大学信息与通信工程学院2薄膜波导中薄的分类导波：当光限制在薄膜中衬底辐射模：当能量辐射到衬底覆层辐射模：当能量辐射到衬底和覆层2/3/20234北京邮电大学信息与通信工程学院3射线法分析薄膜波导中的导波TE型波：传播方向无电场（横电波）Ez=0在薄膜中可认为是水平极化波TM型波：传播方向无磁场（横磁波）Hz=0在薄膜中可认为是垂直极化波2/3/20235北京邮电大学信息与通信工程学院极化波的形成zxyzxyEHEH水平极化波垂直极化波2/3/20236北京邮电大学信息与通信工程学院薄膜波导的特征方程n3n2dθ1θ1n1AA’CBD’B’C’射线1从B到C的相位变化为射线2从B’到C’的相位变化为两射线的相位差为2/3/20237北京邮电大学信息与通信工程学院薄膜波导的特征方程n3n2dθ1θ1n1AA’CBD’B’C’两射线的相位差为2/3/20238北京邮电大学信息与通信工程学院水平极化波（TE波）：垂直极化波（TM波）：2/3/20239北京邮电大学信息与通信工程学院定义横向相位系数：特征方程为：物理意义：薄膜中的任一点波，只要沿薄膜横向往复一次，其相位变化总是2π的整数倍，加强原来的波，达到谐振。结论：薄膜波导中的导波具有横向谐振特性！特征方程的物理意义2/3/202310北京邮电大学信息与通信工程学院决定导波模式的特性参数模式：能够独立存在的电磁场的结构形式有TE波和TM波的特征方程。对应不同的m，可以得到不同的传输波型TE0，TM0，TE1，TM1，......每种波型都有特定的场型分布和传输特性，称为导波模式。2/3/202311北京邮电大学信息与通信工程学院决定导波模式的特性参数轴向相位常数β：表示各模式沿导波轴向传播的相位常数。横向相位常数k1x：表示各模式在薄膜内的横向驻波分布规律。

2/3/202312北京邮电大学信息与通信工程学院决定导波模式的特性参数衬底衰减常数α2：表示导波在衬底的衰减规律。覆层衰减常数α3：表示导波在覆层的衰减规律。

2/3/202313北京邮电大学信息与通信工程学院决定导波模式的特性参数截止的概念：当全反射的条件被破坏，即认为导波处于截止状态。截止条件：根据特征方程可求出截止波长：2/3/202314北京邮电大学信息与通信工程学院决定导波模式的特性参数对于不同的TE波和TM波，由于Φ13不同，m相同时，Φ13(TM)>Φ13(TE)

λc(TM)<λc(TE)结论：在所有导波模式中，TE模的截止波长最长；单模传输条件：λc(TM0)<λ0<λc(TE0)2/3/202315北京邮电大学信息与通信工程学院薄膜波导中模数量的求法当波导中工作波长低于其他波型的截止波长时，可以发生多模传输。怎样求导波模式的数量？可通过截止条件下的特征方程来求。2/3/202316北京邮电大学信息与通信工程学院薄膜波导中模数量的求法可得模式数量为：TE和TM波的Φ13不同，因此模数量可能不同，可以分别求出，然后相加。2/3/202317北京邮电大学信息与通信工程学院薄膜波导中模数量的求法注意事项：

m值对应截止模式，如为整数可导行的模式为0—m-1如为小数可导行的模式为0—[m]例如：如果求出m=3或m=2.5则对TE波可传输的模式为TE0,TE1,TE2对TM波可传输的模式为TM0,TM1,TM22/3/2023