導波光學基礎： 光在平板光波導中的傳播（上）

光在平板型光波導中的傳播

一、平板光波導的射線理論

模式本征方程的意義：

1.對于一個給定的模式，只有一個確定的入射方向，即波導對入射角是有選擇性的。由于模序數只能取有限個正整數，所以平板波導所能維持的導模數量也是有限的。

2.對于一定的模式，存在一個最小模厚（稱為截止模厚）。這時入射角等于在下表面上的臨界角。當模厚比截止模厚還要小時，入射角小于臨界角，電磁場就傳播到襯底里取樂，因而沿薄膜波導很快就衰減下去。

3.模越厚，允許存在的模數越多。

Ta2O5薄膜波導中的TE模的有效折射率與膜厚的關系

二、平板光波導中的場分布

波導中模式是光波電磁場在波導中一種穩定分布。但各模式對應的電磁場的具體分布形式尚不能由模式本征方程確定出來，而應由電磁場的波動方程結合波導的邊界條件來確定。

在波導內，場呈余弦分布，而在覆蓋層和襯底內，均作指數衰減。在覆蓋層內衰減的要快一些。這就是說，覆蓋層與襯底的折射率和薄膜的折射率相差越大，場在覆蓋層與襯底內衰減的就越快，而在薄膜波導內越集中得好。

高次模的電場延伸到覆蓋層和襯底內比較遠的地方。