导波光学基础： 光在平板光波导中的传播（上）

光在平板型光波导中的传播

一、平板光波导的射线理论

模式本征方程的意义：

1.对于一个给定的模式，只有一个确定的入射方向，即波导对入射角是有选择性的。由于模序数只能取有限个正整数，所以平板波导所能维持的导模数量也是有限的。

2.对于一定的模式，存在一个最小模厚（称为截止模厚）。这时入射角等于在下表面上的临界角。当模厚比截止模厚还要小时，入射角小于临界角，电磁场就传播到衬底里取乐，因而沿薄膜波导很快就衰减下去。

3.模越厚，允许存在的模数越多。

Ta2O5薄膜波导中的TE模的有效折射率与膜厚的关系

二、平板光波导中的场分布

波导中模式是光波电磁场在波导中一种稳定分布。但各模式对应的电磁场的具体分布形式尚不能由模式本征方程确定出来，而应由电磁场的波动方程结合波导的边界条件来确定。

在波导内，场呈余弦分布，而在覆盖层和衬底内，均作指数衰减。在覆盖层内衰减的要快一些。这就是说，覆盖层与衬底的折射率和薄膜的折射率相差越大，场在覆盖层与衬底内衰减的就越快，而在薄膜波导内越集中得好。

高次模的电场延伸到覆盖层和衬底内比较远的地方。