集成光学的学科理论

发布网友发布时间：2022-05-30 07:01

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热心网友时间：2023-10-13 20:03

集成光学的理论问题，主要是媒质波导理论，它有助于人们深入了解波导中光学现象的物理本质，并用于光波导、器件和光学回路的研究设计。人们常常把波导中光学现象(如传播、耦合、调制等等)的研究，称为导波光学。
媒质波导理论已从不同角度建立起来。首先，是建立在麦克斯韦方程组基础上的媒质波导电磁理论；其次，从射线光学角度，建立了锯齿波模型的波导理论。把波导中的光波看成是在薄膜的上下两个界面来回反射的光线，而且走的是一条锯齿形路程。
从锯齿波模型出发，可以比较简单和直观地推导模方程，讨论媒质波导理论的基本概念，处理棱镜、光栅耦合器、表面散射等许多问题。另外还从量子力学角度，建立了势阱模型的波导理论。描述光波在波导中运动的波动方程和描述电子在位阱中运动的薛定谔方程有相同的形式，用 WKB法可得到波动方程的近似解。
集成光学中许多重要现象及器件的分析，经常采用耦合模理论。把由于波导结构不规则性和材料不均匀性等产生模式之间功率交换（模式之间发生耦合）的实际波导系统，视为一种微扰波导系统，假定它是由互相发生耦合的若干孤立单元所组成。其电磁场可按某种形式的规则波导单元的本征模展开，推导并求解耦合模方程。在集成光学中，主要是利用耦合模方程来处理媒质波导中导模之间、导模与辐射模之间的各种耦合问题，以及与这类耦合有关的器件（见光的电磁理论、光的干涉、几何光学）。