一、CBG型光波导测试仪主要用途
CBG型光波导测试仪是一种用于科研和教学的光学仪器，它可用来演示光波导原理和光波导器件特性并准确测量介质薄膜参数，为光电子学科研单位和大专院校激光、应用物理、近代物理、无线电电子工程、光纤通讯薄膜光学及光学仪器等专业提供集成光学实验手段和薄膜参数测量手段。
仪器可用于如下各种实验:
(1)用对称棱镜耦合器的光波导m线实验;
(2)用直角棱镜耦合器的光波导输入和输出耦合实验;
(3)由膜折射率确定介质薄膜的厚度、折射率和折射率分布;
(4)金属包复光波导参数测量等。
用户若自己増加一些设备和附件，还能扩展仪器功能，可用来测量光波导的传播损耗和薄膜折射率色散等，并可用于电光、声光、磁光和非线性光波导器件实验及一些无源光波导器件实验。
仪器具有如下特点:
(1)薄膜参数测量归结于耦合角测量，测量方便，准确度较高；
(2)配有光具座和角度的投影放大读数系统，有利于教学实验；
(3)配有同步角和零位角的光电对准装置，灵敏度较高，且因其光路屏蔽较
好，不在暗室也能测量。
二、结构概述
仪器的外形和结构示于图1。它主要由固体激光器、偏振器、准直分束筒、测角转盘、探测电箱、导轨、支架等组成。其中，前四个部件由支架固定在导轨上，用支架的定位平移和锁紧螺钉，使这些部件可以旋转、升降和沿导轨平移。此外，激光器的支架还配有俯仰螺钉和转角螺钉用来调节水平和光轴。
1 半导体激光器 1.1夹具 1.2俯仰螺钉
2偏振器
3准直份束筒 3.1辅助透镜 3.2针孔垂直螺钉 3.3针孔平移螺钉 3.4零位探测器
4测角转盘 4.1X-Y平移台 4.2X-Y平移手轮 4.3投影测微器 4.4测角照明灯 4.5 粗调手轮 4.6 微调手轮 4.7微调锁紧螺钉
5探测电箱(内有零位电路板,M线电路板和直流电源)
6导轨
7支架
侧与m线探测器及测角照明灯相连，右侧与激光器和零位探测器相连。
三、主要技术规格和技术参数
1 固体激光器直流低压电源,其输出功率为1mw,最高5mw。
2 准直分束筒放大1.5倍，扩束后的平行光孔径为1.2-1.5mm，辅助透镜焦距为100mm。
3 测角转盘测角范围为360度，最小刻度为6秒，测角准确度优于±15秒。
4 光电探测系统零位的准确度优于±10秒，m线同步角的对准精度为±20秒。
5 外形尺寸为1000×280×300(m3m)，重量约为50公斤，导轨长度为900mm
6 附件有对称棱镜、直角棱镜、棱镜夹具、,m线观察屏和插座、m线接收筒和支架，对称棱镜和直角棱镜均由ZF6玻璃制成，其折射率和棱角可由用户自己测量。
四、工作原理
本仪器的主要实验对象是平面光波导，它由低折射率衬底上的高折射率薄膜组成。薄膜折射率为常数的波导叫做平板波导，而薄膜折射率为渐变分布的波导
x 如图5所示，因界面全内反射，特定的光线能够限制在薄膜内传播。这种光线称为导膜，它有两种偏振态，即TE 和TM 膜。一个波导可具有多个导膜，用正整数m=0、1、2…来做为标征不同模式的模阶数，一般写作TEm 和TMm 。每一导模满足入下模方程〔1〕～〔3〕：对于平板波导
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2221212
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对于渐变波导
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1tan 41???? ??--+??? ??+=--?m m xm m N n N n m kdx N x n ρπ
式中，k=2π/λ和λ分别为光波在真空中的传播常数和波长；Nm 为m 阶模的模折射率；ρ=0和1分别对应于TE 模和TM 模；x m 为渐变折射率波导中弧形光线的拐点座标，可由Nm =n(求得。
导模的激励一般采用棱镜—波导耦合式，棱镜—波导耦合系统的横截面结构和光波在其中的横向场分布，分别示于图6(a)和(b)。
合光斑以外区域只有从薄膜到棱镜的光能量耦合。显然，这两种耦合过程仅在耦合间隙适当时才能发生。较大的耦合间隙对应于弱耦合，而较小的耦合间隙对应于强耦合。
基于上述分析,利用耦合棱镜可做为光波导的输入—输出耦合实验和m线实
参数的测量归结于耦合角测量。
耦合角可表示为
αm=±(Гm-Г0)
式中, Гm为出现m线或传输条纹时的测微器的读数，称为同步角；Г0为激光束与棱镜斜面相垂直时的测微器的读数，称为零位角；正号和负号分别对应于激光束围绕棱镜斜面的法线偏向棱镜底和棱镜顶。
五、装调和使用
1 光路调整和实验观察
将激光器偏振器准直分束筒和测角转盘用各自的支架大致安装在导轨上，并调节后两个支架的间距，使辅助透镜和测角转盘中心的间距等于辅助透镜的焦距(即100mm)。用棱镜夹具将耦合棱镜压在光波导样品表面上，并置于测角转盘的X-Y平移台上，利用X-Y平移手轮使耦合棱镜处于转盘中心。
接通激光器电源，使激光器工作，在激光器和准直分束筒退出光路的情形下，利用激光器支架的旋转、升降和俯仰螺钉调整激光束的高度和方向，使激光束投射到耦合棱镜斜面上并与导轨基本平行，将耦合棱镜推出光路，又将偏振器和准直分束筒推入光路，利用各自支架的平移、转动螺钉调整其高度和方向，在辅助透镜退出光路的情形下，使激光束从准直分束筒出口的中心出射。
再将耦合棱镜推入光路，利用测角转盘的X-Y平移手轮细心调节耦合棱镜在转盘上的位置，使来自准直分束筒的平行光经过棱镜斜面投射到棱镜底的适当位置上，做到耦合光斑位于直角棱镜底接近直角压力点处或对称棱镜底接近中心的压力点处，并做到耦合光斑在同步角范围内随测角转盘的转动基本保持不动。
用棱镜夹具的螺钉细心调节夹具的压力，使耦合棱镜和光波导的耦合间隙保持适当程度，这时用粗调手轮和微调手轮转动测角转盘，逐个激励不同导模，能观察到薄膜中的传输条纹或观察屏上的m线(见图7)。用双棱镜夹具，将两个直角棱镜压在同一光波导样品表面上，可同时进行光波导的输入和输出耦合实验，如图7(a)所示。
在光路中，,辅助透镜的进入和退出，,分别产生汇聚和平行光，薄膜参数测量应用平行光，以便提高其测量精度。在光波导器件实验中，根据实验的具体要求可选用平行光或汇聚光，例如，仅追求较高的光波输入耦合效率，,应采用汇聚光束。
2 耦合角测量
(1)测量装置
为了提高测量精度，耦合角测量采用平行光束和光电对准装置，具体测
量装置如图8所示，其中，两个直角棱镜分别充当光波导的输入和输出耦合器。
使用输出棱镜，可以避免在只使用对称棱镜时棱镜底的反射光和散射光对m 线探测器信号的干扰，也能克服在只使用输入棱镜时不易观察低损耗光波导传输条纹的困难，以利于精确测量。
(3)同步角(m)的测量
做到耦合光斑稳定之后，在实际测量同步角之前，增加棱镜夹具的压力和转动测角转盘，多次肉眼扫描观察光波在薄膜中传输条纹或从输出棱镜射出的m 线，逐个激励所有导模，并注意辨认每一导模的模阶数，较大的耦合角αm对应于较低的模阶数m。若棱镜所能测量的角度范围足够宽，则最大αm对应于基模，即m=0。
在实际测量时，减少棱镜夹具的压力，以达到棱镜和波导的弱耦合。为此，可由牛顿环观测棱镜和波导的耦合间隙，调节棱镜夹具的压力使之λ/2～λ/4为好。只有在弱耦合条件下才能提高薄膜参数的测量精度。对于不同模式，可采用
不同的夹具压力，如高阶模可采用更小的夹具压力。
在激励某一导模之后，先用m线观察屏观察由输出棱镜射出的m线，调整支架位置并固定在转盘边缘上，使m线居中的一条中心对准观察屏的十字线交点，再去掉m线观察屏，将m线探测器固定到支架上，使m线对准探测器的端盖上中心位置标记，锁紧固定好，去掉探测器上的端盖，调节m线调节钮，在m线数显表上有明显指示时转动测角转盘逐个激励所有模式，每当m线数显表
m
献，平板波导的薄膜参数测量，请看文献［1］～［3］，渐变折射率波导的折射率分布测量请看文献［4］和［5］；金属包复波导的参数测量，请看文献［6］。
4几点注意事项
(1)耦合角的光电测量要求激光功率相对稳定。为此，激光器工作
一段时间(约15分钟)待输出功率稳定时，方可测量。
(2)为了保护零位数显表和m线数显表，应由面板的调节旋钮使其
显示由小到大，可用满量程的1/2-1/3左右，尽量避免数显表超
过最大量程。
(3)使用耦合棱镜和光波导样品时，应注意擦洗干净，并细心调节
夹具压力，以免出现擦伤和裂痕，不用时，应妥善保管。(4)零位探测器在激光功率较大时出现饱和，故数显表随测角转盘
的转动也呈现饱和，这时调节面板上的激光器旋钮，便能克服
饱和现象。
(5)光学系统应注意保持清洁和防震，在实验完毕之后应把仪器盖
好。
平面光波导(PLC, planar Lightwave circuit)技术 随着FTTH的蓬勃发展，PLC(Planar Lightwave Circuit,平面光路)已经成为光通信行业使用频率最高的词汇之一，而PLC的概念并不限于我们光通信人所熟知的光分路器和AWG，其材料、工艺和应用多种多样，本文略作介绍。 1.平面光波导材料 PLC光器件一般在六种材料上制作，它们是：铌酸锂（LiNbO3）、Ⅲ-Ⅴ族半导体化合物、二氧化硅（SiO2）、SOI（Silicon-on-Insulator, 绝缘体上硅）、聚合物（Polymer）和玻璃，各种材料上制作的波导结构如图1所示，其波导特性如表1所示。 图1. PLC光波导常用材料 铌酸锂波导是通过在铌酸锂晶体上扩散Ti离子形成波导，波导结构为扩散型。 InP波导以InP为称底和下包层，以InGaAsP为芯层，以InP或者InP/空气为上包层，波导结构为掩埋脊形或者脊形。 二氧化硅波导以硅片为称底，以不同掺杂的SiO2材料为芯层和包层，波导结构为掩埋矩形。 SOI波导是在SOI基片上制作，称底、下包层、芯层和上包层材料分别为Si、SiO2、Si和空气，波导结构为脊形。 聚合物波导以硅片为称底，以不同掺杂浓度的Polymer材料为芯层，波导结构为掩埋矩形。 玻璃波导是通过在玻璃材料上扩散Ag离子形成波导，波导结构为扩散型。
表1. PLC光波导常用材料特性 2.平面光波导工艺 以上六种常用的PLC光波导材料中，InP波导、二氧化硅波导、SOI波导和聚合物波导以刻蚀工艺制作，铌酸锂波导和玻璃波导以离子扩散工艺制作，下面分别以二氧化硅波导和玻璃波导为例，介绍两类波导工艺。 二氧化硅光波导的制作工艺如图2所示，整个工艺分为七步： 1)采用火焰水解法（FHD）或者化学气相淀积工艺（CVD），在硅片上生长一层SiO2，其 中掺杂磷、硼离子，作为波导下包层，如图2（b）所示； 2)采用FHD或者CVD工艺，在下包层上再生长一层SiO2，作为波导芯层，其中掺杂锗离 子，获得需要的折射率差，如图2（c）所示； 3)通过退火硬化工艺，使前面生长的两层SiO2变得致密均匀，如图2（d）所示。 4)进行光刻，将需要的波导图形用光刻胶保护起来，如图2（e）所示； 5)采用反应离子刻蚀（RIE）工艺，将非波导区域刻蚀掉，如图2（f）所示； 6)去掉光刻胶，采用FHD或者CVD工艺，在波导芯层上再覆盖一层SiO2，其中掺杂磷、 硼离子，作为波导上包层，如图2（g）所示； 7)通过退火硬化工艺，使上包层SiO2变得致密均匀，如图2（h）所示。 图2. 二氧化硅光波导的制作工艺 玻璃光波导的制作工艺如图3所示，整个工艺分为五步： 1)在玻璃基片上溅射一层铝，作为离子交换时的掩模层，如图3（b）所示； 2)进行光刻，将需要的波导图形用光刻胶保护起来，如图3（c）所示；
平面集成光波导器件综述 1 引言】 光纤通信网络中使用了多种光器件和光电器件.这些器件中的光学部分通常为三种结构：微光学结构、纤维光学结构和集成光学结构。1969年https://www.doczj.com/doc/f818834977.html,ler首先提出集成光学器件的设想，即在一个细小的基片上实现光发射、光探测、光耦合、光分支、光波分复用、光滤波、光开关等一种和几种功能，达到器件的微型化和实现高功能密度。平面光波导技术和平面微制造技术的成功结合使这一设想变为现实。历经三十年的研究开发，目前已有一些平面集成光波导器件达到了商用化。 【2 制作器件的主要材料】 制备这些光器件和光电器件的主要材料有：InGaAsP/InP、SiO2、Si、LiNbO3和某些聚合物材料。表1 给出这几种材料的基本特性。 InGaAsP/InP是其中唯一的兼有有源和无源功能的材料，因而一直是单片集成光/光电器件研究开发的首选对象。以Si光波导为基础的混合集成收发信机已商品化。Si波导除了有很好的无源光学特性外，还具备载流子控制型的光电调制特点。聚合物材料波导光开关已产品化，聚合物材料波导无源器件也已取得重大进展。SiO2波导可用于制作性能优良的无源器件，由于制备器件所必须的理论设计、技术设备、工艺水平、材料来源等均已成熟或基本成熟，因而已形成以SiO2波导平面光波导线路（PLC）为基础的光集成器件规模生产。同时SiO2波导可以实现与有源器件的混合集成。SiO2 PLC的应用价值越来越受到关注，下面主要就SiO2 PLC器件和制造方法作一些基本介绍。 【3 二氧化硅波导基本工艺】 有几种代表性的二氧化硅波导制备技术，分别是：火焰水解（FHD）＋反应离子刻蚀（RIE），化学气相沉积（CVD）＋RIE，物理气相沉积（PVD）＋RIE。其中FHD采用SiCl4、GeCl4为主要原料，通过氢氧焰提供的高温，与氧反应生成SiO2、GeO2微细粉末层，而后在1300℃左右的高温中退火形成光学薄膜，其中GeO2等作为掺杂物质控制导波的折射率。CVD采用硅烷、锗烷或SiCl4、GeCl4,通过射频源激活与氧在等离子体状态下反应形成光学薄膜。PVD以电子束蒸发或溅射方法沉积SiO2光学薄膜。RIE 对波导膜进行导波线路的刻制。薄膜必须具有高的光学质量，因为光波是平行于薄膜表面传播的，路径通常有几厘米。薄膜尤其要有很好的折射率均匀性，因为控制光传输方向的导波层折射率n+苙与覆盖层（n）的折射率的差（苙）是很小的，苙/n在一定范围是单模条件所要求的，如n＝1.46, 苙＝0.0037，由此可知， 折射率均匀性要高，否则波导的质量无法保证。 【4 二氧化硅光波导器件】 4.1 SiO2 PLC的基本单元 平面波导器件的线路可以设计得很复杂，但基本上是由以下的基本单元构成的（图1）。直条、分支、弯曲、交叉是最简单和常用的。间隙是指在波导路径上刻出一段10祄左右的空间，插入滤波片等微小元件，以提高器件的指标。耦合是相距几祄的两波导间通过模场的相互作用，使光传输路径或强度发生改变。相移单元是利用SiO2折射率的热敏特性n（T），通过局部加热电极使n改变从而改变光的有效光程也即改变相位，热光开关就是根据这一原理制作的，例如dn/dT＝1×10－5时，10mm长的波导升温6.5℃，即产生180度相移（1.55祄）。应力单元是指在一波导的附近刻出沟槽或镀膜，使该波导局部所受应力发 生变化，从而调节器件的性能。
平面光波导平面光波导分路器分路器分路器(PLC SPLITTER)(PLC SPLITTER)(PLC SPLITTER) 产品参数产品参数 2005年6月
1平面 的分类 波导分路器((PLC SPLITTER PLC SPLITTER))的分类 平面光 光波导分路器 1.1SPLITER按端口数分为以下几种： 1X4、1X8、1X16、1X32 1.2端口连接器分类为: 无、SC、FC 1.3 封装形式分类为： 盒式、裸光纤 2定义 定义 2.1 端口及尺寸定义 a. 1X4 SPLITTER b. 1X4 SPLITTER Box Type with 0.9mm or 2mm Cable c. 1X8 SPLITTER
d. 1X8 SPLITTER Box Type with 0.9mm or 2mm Cable e. 1X16 SPLITTER f. 1X16 SPLITTER Box Type with 0.9mm or 2mm Cable g. 1X32 SPLITTER
h. 1X32 SPLITTER Box Type with 0.9mm or 2mm Cable 3技术 技术要求 要求 要求 3.1 产品光学参数要求 3.1.1 测试条件：1310nm和1550nm。 3.1.2 产品光学参数应满足表1、表2的要求 表１ 参数允许偏差 （无连接器） Parameters 1 X 4 1 X 8 1 X 16 1 X 32 1 Operating Wavelength (nm) 1260－1650 2 Insertion Loss (dB) Max. 7.2 10.8 14 17.0 3 Uniformity (dB) Max. 0.6 0.8 1.2 1.7 4 Return Loss (dB) Min. 5 5 55 55 55 5 PDL (dB) Max. 0.25 0.3 0.3 0.3 6 Directivity (dB) Min. 55 55 55 55 7 Temperature Stability (-40 to 85 °C) (dB) Max. 0.6 0.6 0.8 1.0 8 Operating Temperature (℃) -40 ~ 85 9 Wavelength Dependence Loss (WDL) (dB) Max. 1.0 1.0 1.0 1.0
光波导是集成光学重要的基础性部件，它能将光波束缚在光波长量级尺寸的介质中，长距离无辐射的传输。平面波导型光器件，又称为光子集成器件。其技术核心是采用集成光学工艺根据功能要求制成各种平面光波导，有的还要在一定的位置上沉积电极，然后光波导再与光纤或光纤阵列耦合，是多类光器件的研究热点. 按材料可分为四种基本类型：铌酸锂镀钛光波导、硅基沉积二氧化硅光波导、InG aAsP/InP光波导和聚合物（Polymer）光波导。 LiNbO3晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和波导性质。除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和传输元件。铌酸锂镀钛光波导开发较早，其主要工艺过程是：首先在铌酸锂基体上用蒸发沉积或溅射沉积的方法镀上钛膜，然后进行光刻，形成所需要的光波导图形，再进行扩散，可以采用外扩散、内扩散、质子交换和离子注入等方法来实现。并沉积上二氧化硅保护层，制成平面光波导。该波导的损耗一般为0.2-0.5dB/cm。调制器和开关的驱动电压一般为10V左右；一般的调制器带宽为几个GHz，采用行波电极的LiNbO3光波导调制器，带宽已达50GHz以上。 硅基沉积二氧化硅光波导是20世纪90年代发展起来的新技术，主要有氮氧化硅和掺锗的硅材料，国外已比较成熟。其制造工艺有：火焰水解法（FHD）、化学气相淀积法（CVD，日本NEC公司开发）、等离子增强CVD法（美国Lucent公司开发）、反应离子蚀刻技术RIE多孔硅氧化法和熔胶－凝胶法（Sol-gel）。该波导的损耗很小，约为0.02dB/cm。 基于磷化铟（InP）的InGaAsP/InP光波导的研究也比较成熟，它可与InP基的有源与无源光器件及InP基微电子回路集成在同一基片上，但其与光纤的耦合损耗较大。
基于ＡＷＧ的平面光波导技术 采用平面光波導(Planar Lightwave Circuit,PLC)技术制作的阵列波导光栅(Arrayed Wave-guide Grating, AWG)是应用于光网络中的支撑技术波分复用(Wave Division Multiplexing, WDM)的重要器件。本文介绍了国内外AWG的应用现状和发展前景。 标签：平面光波导阵列波导光栅波分复用 1 平面光波导(Planar Light Circuit,PLC)技术的市场分析 伴随着光通信的发展,在金融危机影响下的亚太地区正成为全球光通信市场中最活跃的一部分,目前所面临的问题主要有:①运营商投资重心从SONET/SDH 转移到WDM的趋势将会持续高涨;②3G网络正式商用化带动了移动与固网宽带市场新旧技术的转换;③受市场驱动和政策面的影响,光纤到户(Fiber to the Home, FTTH)更加深入市场;④系统设备商们将持续兼并收购,以实现技术优势和资源整合。 基于PLC技术开发的光器件在光网络的组网中占据重要地位。波分复用(Waveguide Division Multiplexing, WDM)系统是当前最常见的光层组网技术,它通过复用/解复用器实现多路信号传输。早期的WDM系统并没有实现真正意义上的光层组网,难以满足业务网络IP化和分组化的要求,这种情况直到可重构光分插复用器(Reconfigurable Optical Add Drop Multiplexer, ROADM)的出现才得以改善。平面光波导ROADM是近年来广泛采用的ROADM子系统之一。PLC的ROADM上下路通道是彩色光,这意味着只有预定义的彩色波长可以在每个端口上下,也可以配合可调滤波器和可调激光器使用。由于PLC的集成特性,使其成为低成本的ROADM解决方案之一。目前的光波导,一般都是以玻璃、LiNbO3、GaAs 单晶等做衬底,再用扩散或外延技术制成的。PLC可以集成多种器件,例如:韩国的Byung Sup Rho等人用PLC研制的WDM双向模块[1],我国的浙江大学也研制出一种利用PLC的高集成化的PMD补偿器[2][3]。 2 AWG的结构及其工艺简介 阵列波导光栅(Arrayed Waveguide Grating, AWG)是第一个将PLC技术商品化的元器件。它是基于干涉原理形成的波分复用器件,通过集成的AWG可以实现波长复用和解复用,这种技术已被用于WDM系统中。目前平面波导型WDM器件有多种实现方案,其做法为在硅晶圆上沉积二氧化硅膜层,再利用光刻工艺(Photolithography)及反应式离子蚀刻法(RIE)制作出AWG。该类器件通路数大、紧凑、易于批量生产,但带内频响尚不够平坦。由于AWG采用与一般半导体相同的制作过程,多通道数与低通道数的制作成本相差不多,但更适合生产,而且整合度较高,因此应用在DWDM上具有相当的潜力。北美市场在2008年初呈现活跃状态,比如:美国加州的PLC设备供应商ANDevices在一月份签订协议,提供价值$13.5百万的产品给FTTH发展商Enablence Technologies Inc[4]。在我国,以PLC
光分路器 与同轴电缆传输系统一样，光网络系统也需要将光信号进行耦合、分支、分配，这就需要光分路器来实现，光分路器是光纤链路中最重要的无源器件之一，是具有多个输入端和多个输出端的光纤汇接器件，常用M×N来表示一个分路器有M个输入端和N个输出端。在光纤CATV系统中使用的光分路器一般都是1×2、1×3以及由它们组成的1×N光分路器。 1．光分路器的分光原理 光分路器按原理可以分为光纤型和平面波导型两种，光纤熔融拉锥型产品是将两根或多根光纤进行侧面熔接而成；光波导型是微光学元件型产品，采用光刻技术，在介质或半导体基板上形成光波导，实现分支分配功能。这两种型式的分光原理类似，它们通过改变光纤间的消逝场相互耦合（耦合度，耦合长度）以及改变光纤纤半径来实现不同大小分支量，反之也可以将多路光信号合为一路信号叫做合成器。熔锥型光纤耦合器因制作方法简单、价格便宜、容易与外部光纤连接成为一整体，而且可以耐孚机械振动和温度变化等优点，目前成为市场的主流制造技术。 熔融拉锥法就是将两根（或两根以上）除去涂覆层的光纤以一定的方法靠扰，在高温加热下熔融，同时向两侧拉伸，最终在加热区形成双锥体形式的特殊波导结构，通过控制光纤扭转的角度和拉伸的长度，可得到不同的分光比例。最后把拉锥区用固化胶固化在石英基片上插入不锈铜管内，这就是光分路器。这种生产工艺因固化胶的热膨胀系数与石英基片、不锈钢管的不一致，在环境温度变化时热胀冷缩的程度就不一致，此种情况容易导致光分路器损坏，尤其把光分路放在野外的情况更甚，这也是光分路容易损坏得最主要原因。对于更多路数的分路器生产可以用多个二分路器组成。 2．光分路器的常用技术指标 （1）插入损耗。 光分路器的插入损耗是指每一路输出我相对于输入光损失的dB数，其数学表达式为：Ai=-10lg Pouti/Pin ，其中Ai是指第i个输出口的插入损耗；Pouti是第i个输出端口的光功率；Pin是输入端的光功率值。 （2）附加损耗。 附加损耗定义为所有输出端口的光功率总和相对于输入光功率损失的DB数。值得一提的是，对于光纤耦合器，附加损耗是体现器件制造工艺质量的指标，反映的是器件制作过程的固有损耗，这个损耗越小越好，是制作质量优劣的考核指标。而插入损耗则仅表示各个输出端口的输出功率状况，不仅有固有损耗的因素，更考虑了分光比的影响。因此不同的光纤耦合器之间，插入损耗的差异并不能反映器件制作质量的优劣。对于1*N单模标准型光分路器附加损耗如下表所示： 分路数 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 16 附加损耗DB 0.2 0.3 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.2 （3）分光比。 分光比定义为光分路器各输出端口的输出功率比值，在系统应用中，分光比的确定是根据实际系统光节点所需的光功率的多少，确定合适的分光比（平均分配的除外），光分路器的分光比与传输光的波长有关，例如一个光分路在传输1.31 微米的光时两个输出端的分光比为50：50；在传输1.5μm的光时，则变为70：30（之所以出现这种情况，是因为光分路器都有一定的带宽，即分光比基本不变时所传输光信号的频带宽度）。所以在订做光分路器时一定要注明波长。 （4）隔离度。 隔离度是指光分路器的某一光路对其他光路中的光信号的隔离能力。在以上各指标中，
光波导理论与技术大学课件 06 年复习题 x E y x t Ay cos t1. 已知一平面电磁波的电场表达式为 c ， 写出与之相联系的磁场表达式。(提示:利用麦克斯韦尔方程，注意平面波的特点) 2E 1 2E2. 证明平面电磁波公式 E A cost kx 是波动微分方程 0 的解。 x 2 v 2 t 23. 在直角坐标系任意方向上以角频率传播的平面波为 E A exp j t k r ，根据波动方程 2 2E ，导出用角频率、电容率、导磁率0 表示平面波的传 E 0 2 0 播常数 k。 t4. ?璧ド矫娌ㄓ?E A exp j t kz 表示，求用电容率、导磁率0 表 示的该平面波传播速度。(提示:考虑等相位面的传播速度)5. 用文字和公式说明电磁场的边界条件。6. 设时变电磁场为 A xt A x sin ωt ，写出该电磁场的复振 幅表示式，它是时间的函数还是空间的函数,7. 分别写出麦克斯韦尔方程组和波动方程的时域与频域的表达式。8. 说明平面波的特点和产生的条件。9. 写出平面波在下列情况下的传播常数或传播速度表示式: 1 沿任意方向的传播速度; 2 在折射率为 n 的介质中的传播常数; 3 波矢方向与直角坐标系 z 轴一致的传播常数。10. 平面波波动方程的解如下式，说明等式右边两项中正负号和参数 k 的物理意义。 E x z ， t E e j t kz E e j t kz11. 说明制成波片材料的结构特点，如何使波片成为 1/4 波片和 1/2 波片12. 如果要将偏光轴偏离 x 轴度的线偏振光转变 成 x 偏振光，应将/2 波片的主轴设定为偏离 x 轴多大角度13. 什么是布儒斯特 起偏角,产生的条件是什么14. 光波在界面反射时，什么情况下会产生半波损失15. 如何利用全反射使线偏振光变成园偏振光,16. 什么是消逝波,产生消逝波的条件是什么,17. 什么是相位梯度,它与光波的传输方向以及介质折射率是什么关系,18. 在非均匀介质中如何表示折射率与光线传播方向的关系,19. 光纤的数值孔径表示 什么,如何确定它的大小20. 在下列情况下，计算光纤数值孔径和允许的最大入射 角(光纤端面外介质折射率n1.00): 1 阶跃折射率塑料光纤，其纤芯折射率 n1
平面光波导，英文缩写PLC是英文Planar Lightwave Circuit的缩写，翻译成中文为： 平面光波导(技术)。所谓平面光波导，也就是说光波导位于一个平面内。正如大家所熟悉的单层电路板，所有电路都位于基板的一个平面内一样。因此，PLC是一种技术，它不是泛指某类产品，更不是分路器！我们最常见的PLC分路器是用二氧化硅(SiO2)做的，其实PLC技术所涉及的材料非常广泛，如玻璃/二氧化硅(Quartz/Silica/SiO2)、铌酸锂(LiNbO3)、III-V族半导体化合物(如InP, GaAs等)、绝缘体上的硅 (Silicon-on-Insulator, SOI/SIMOX)、氮氧化硅(SiON)、高分子聚合物(Polymer)等。 基于平面光波导技术解决方案的器件包括：分路器(Splitter)、星形耦合器(Star coupler)、可调光衰减器(Variable Optical Attenuator, VOA)、光开关(Optical switch)、光梳(Interleaver)和阵列波导光栅(Array Waveguide Grating, AWG)等。根据不同应用场合的需求(如响应时间、环境温度等)，这些器件可以选择不同的材料体系以及加工工艺制作而成。值得一提的是，这些器件都是光无源器件，并且是独立的。他们之间可以相互组合，或者和其他有源器件相互组合，能构成各种不同功能的高端器件，如：VMUX = VOA + AWG、WSS = Switch + AWG等(图2)。这种组合就是PLC技术的未来发展方向-光子集成(Photonic Integrated Circuit, PIC
测量介电常数的方法探究 班级: 姓名: 序号: 学号: 学院:
测量介电常数的方法探究 介电常数应用在科技的方方面面，但是如何测得介电常数以保证需要呢，本文就几种主流测量方法进行了探究。 主流的测量介电常数的方法即空间波法和探针法。 空间波法：空间波法是一种介电常数的实地检测法。用该方法测量介电常数时，可以将测量仪器拿到被测物所在位置进行无损的实地测量，可获得最接近微波遥感真实值的介电常数。 微波遥感的典型目标，如土壤、沙地岩石、水体、冰雪、各类作物、各类草地、森林等，当其表面统计粗糙度远远小于所使用的波长时可用菲涅尔反射系数描述其介电常数与观测角之间的关系： R ∥ =（cosθ- εr?sin2θ）/（cosθ+ εr?sin2θ）（1） R ⊥ =（εr cosθ- εr?sin2θ）/（εr cosθ+ εr?sin2θ）（2） 其中εr为目标物的相对介电常数，R ∥为水平极化反射系数，R ⊥ 为垂直极化反 射系数，θ为入射角。只要测得以上参数，经过绝对定标或者相对定标后，通过数学运算就可以反演得到介电常数。 空间波测量介电常数是利用菲涅尔反射定律进行的，要求所用波长大于被测目标的统计粗糙度，在粗糙度大时会影响精度，这时必须引入粗糙度修正量。可以利用加大观测角以提高粗糙表面物的测量精度，从实际中，对土壤、草丛、冰的测量结果看是比较好的。 探针法：在探针法实地测量介质介电常数时，探针的位置一般有两种：即全部没入待测介质中和探针位于空气和介质构成的接触面上。在两种情况下，样品的介电常数都可以通过在非谐振时测量的反射波、传输波或者谐振时测量的谐振频率和3dB带宽等参数来反演得到。 探针法测量介电常数，可以使用的探针有：单极振子、波导和同轴线等。相对于其他探针，单极振子的结构简单，测量方便，且可以获得相对比较精确地测量结果，是目前探针法实地测量介电常数研究中的一个热点。 单极振子：用单极振子探针法测量介电常数主要是通过测量反射系数ρ、 天线的输入阻抗Z n （或导纳Y）、S参数、天线谐振长度h r 和激励电阻抗R r 或谐 振频率f s 和3dB带宽的变化等来反眼。这些放发根据原理和测量值的不同可以 分为反射法、传输发和谐振法。 波导探针：微波可以穿透介质并且在不连续点产生的反射波与介质的电特性有关，由此发展了许多使用微波非破坏性技术来测量材料在微波频率的电磁性质。现有一种在8-12GHz频率范围内使用一个边缘开端矩形波导探针同时测材料的复介电常数和导磁率的技术。在该技术中，由非连续接触面的边界条件，得到了关于未知孔径电厂的两个积分等式（EFLE`s）。假定探针孔径中的总电场不仅包 括TE 10 模，而且还有无限的高阶模式，由矩量法可以解决EFLE`s。当孔径的电厂精确决定之后，其他相关的系数如主模下探针的输入导纳和反射系数等，都可以计算出来，从而很容易得到介质的介电常数。
光波导的理论以及制备方法介绍 摘要 由光透明介质(如石英玻璃)构成的传输光频电磁波的导行结构。光波导的传输原理是在不同折射率的介质分界面上，电磁波的全反射现象使光波局限在波导及其周围有限区域内传播。 光波导的研究条件与当前科技的飞速发展是密不可分的，随着技术的发展，新的制备方法不断产生，从而形成了各种各样的制备方法，如离子注入法、外延生长法、化学气相沉淀法、溅射法、溶胶凝胶法等。重点介绍离子注入法。 光波导简介如图所示为光波导结构 图表1光波导结构 如图中共有三层平面相层叠的光学介质，其对应折射率n0,n1,n2。其中白色曲折线表示光的传播路径形式。可以看出，这是依靠全反射原理使光线限制在一层薄薄的介质中传播，这就是光波导的基本原理。为了形成全反射，图中要求n1>n0,n2。 一般来讲，被限制的方向微米量级的尺度。 图表2光波导模型 如图2所示，选择适当的角度θ（为了有更好的选择空间，一般可以通过调整三层介质的折射率来取得合适的取值），则可以将光线限制在波导区域传播。 光波导具有的特点光波导可以用于限制光线传播光路，由于本身其尺寸在微米量级，就使得其有很多较好的特点： （1）光密度大大增强 光波导的尺寸量级是微米量级，这样就使得光斑从平方毫米尺度到平方微米尺度光密度增大104—106倍。 （2）光的衍射被限制 从前面可以看出，图示的光波导已经将光波限制在平面区域内，后面会提到稍微变动一下技
术就可以做成条形光波导了，这样就把光波限制在一维条形区域传播，这就限制了光波的衍射，有一维限制（一个方向），二维限制（两个方向）区分（注：此处“一维”与“二维”的说法并不是专业术语，仅仅指光的传播方向的空间自由度，不与此研究专业领域的说法相混同）。 （3）微型元件集成化 微米量级的尺寸集成度高，相应的成本降低 （4）某些特性最优化 非线性倍频阈值降低，波导激光阈值降低 综上所述，光波导本身的尺寸优势使得其有很好的研究前景以及广泛的应用范围。 光波导的分类一般来讲，光波导可以分为以下几个大类别： 图表3平面波导（planar） 图表4光纤（fiber）
论文题目：微波法测量液体介电常数 学院：物理学院 姓名：张锦华 年级：2010级 学号：1221410042
液体介电常数的微波测量 一、实验原理 在微波频率范围测量介质材料特性的方法有波导法、谐振腔法和空间波法.其中波导法也称为驻波法或测量线法，较为简便，本实验采用波导反射法测量液体介电常数。实验装置如图所示： 若介质1是空气，其电容率是01εε=(0ε为真空值)，介质2是被测液体，其电容率是2ε，则液体的介电常数 1202//εεεεε== (1) 电磁波在这两种介质的无限空间中传输速度分别为 0 111 με= v 0 221 με= v (2) 由(2)式求得1ε和2ε代入(1)式得 221)/(v v =ε （3） 将f v 11λ=、f v 22λ=和11/2λπ=k 、22/2λπ=k 代入（3）式中得到 2 1 2)(k k =ε （4） 1λ、2λ和1k 、2k 分别为电磁波在两种介质的无限空间中的波长和相应的传输波数，f 为频率。
若电磁波在空气和液体界面之间垂直入射反射系数为 2121//k k k k E E r i r +-== （5） r E 和i E 分别是反射波和入射波的振幅。电压驻波比为 ()()r r -+=11ρ （6） 对波导传输，波导中的k 值分别为g k 1和g k 2，且我们的情形有g g k k 12>于是 (5)式便成 ()() g g g g k k k k r 1212+-= （7） 利用无限空间和波导内传播系数之间的关系 22121c g k k k +=和2 2222c g k k k += （8） c c k λπ/2=，c λ为截止波长，a c 2=λ（a 为波导内径的宽边长)。将(7)式 代入（6）式得到 g g k k 12=ρ （9） 将(8)式代入（4)式，利用(9)的关系整理得到 ()() 2 12 2 111g c g c λλρλλε++= （10） 由(10)式可见，只要测得ρ和g 1λ即可求得ε。 在测量中发现随着波导插入液体的深度不同，ρ值有些起伏。为此需要在几个不同深度(最小深度为5mm)下进行测量，测量晶体检波率做驻波曲线，对ρ取平均；采用交叉读法测量g 1λ值。测量频率f ，计算出凡g 1λ，将测量值与计算值进行比较。 二、实验数据处理 样品1：乙二醇 第一次 第二次 第三次 max I （A μ） 98.00 90.00 94.00 min I （A μ） 8.00 9.00 10.00 ρ 3.50 3.16 3.07 24.3=ρ
9微波基础知识及测 介电常数
实验五微波实验 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特点 图1 电磁波的分类 1．波长短(1m —1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而 确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。
3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4．量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV ，而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。(北京大华无线电仪器厂) 5．能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 实 验 目 的 1. 学习微波的基本知识； 2. 了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； 3. 学习用微波作为观测手段来研究物理现象。 微波基本知识 一、电磁波的基本关系 描写电磁场的基本方程是： ρ=??D ， 0=??B
介电常数常用测量方法综述 来源：互联网 摘要：介电常数测量技术在民用，工业以及军事等各个领域应用广泛。本文主要对介电常数测量的常用方法进行了综合论述。首先对国家标准进行了对比总结；然后分别论述了几种常用测量方法的基本原理、适用范围、优缺点及发展近况；最后对几种测量方法进行了对比总结，得出结论。 关键词：介电常数；国家标准；常用方法 1. 引言 介电常数是物体的重要物理性质，对介电常数的研究有重要的理论和应用意义。电气工程中的电介质问题、电磁兼容问题、生物医学、微波、电子技术、食品加工和地质勘探中，无一不利用到物质的电磁特性，对介电常数的测量提出了要求。目前对介电常数测量方法的应用可以说是遍及民用、工业、国防的各个领域。 在食品加工行业当中，储藏、加工、灭菌、分级及质检等方面都广泛采用了介电常数的测量技术。例如，通过测量介电常数的大小，新鲜果蔬品质、含水率、发酵和干燥过程中的一些指标都得到间接体现，此外，根据食品的介电常数、含水率确定杀菌时间和功率密度等工艺参数也是重要的应用之一[1]。 在路基压实质量检测和评价中，如果利用常规的方法，尽管测量结果比较准确，但工作量大、周期长、速度慢且对路面造成破坏。由于土体的含水量、温度及密度都会对其介电特性产生不同程度的影响，因此可以采用雷达对整个区域进行测试以反算出介电常数的数值，通过分析介电性得到路基的密度及压实度等参数，达到快速测量路基的密度及压实度的目的[2]。此外，复介电常数测量技术还在水土污染的监测中得到了应用[3]。并且还可通过对岩石介电常数的测量对地震进行预报[4]。 上面说的是介电常数测量在民用方面的部分应用，其在工业上也有重要的应用。典型的例子有低介电常数材料在超大规模集成电路工艺中的应用以及高介电常数材料在半导体储存器件中的应用。在集成电路工艺中，随着晶体管密度的不断增加和线宽的不断减小，互联中电容和电阻的寄生效应不断增大，传统的绝缘材料二氧化硅被低介电常数材料所代替是必然的。目前Applied Materials的Black Diamond作为低介电常数材料，已经应用于集成电路
实验五微波实验 微波技术是近代发展起来的一门尖端科学技术，它不仅在通讯、原子能技术、空间技术、量子电子学以及农业生产等方面有着广泛的应用，在科学研究中也是一种重要的观测手段，微波的研究方法和测试设备都与无线电波的不同。从图1可以看出，微波的频率范围是处于光波和广播电视所采用的无线电波之间，因此它兼有两者的性质，却又区别于两者。与无线电波相比，微波有下述几个主要特点 图1 电磁波的分类 1．波长短(1m—1mm)：具有直线传播的特性，利用这个特点，就能在微波波段制成 方向性极好的天线系统，也可以收到地面和宇宙空间各种物体反射回来的微弱信号，从而 确定物体的方位和距离，为雷达定位、导航等领域提供了广阔的应用。 2．频率高：微波的电磁振荡周期(10-9一10-12s)很短，已经和电子管中电子在电极间的飞越时间(约10-9s)可以比拟，甚至还小，因此普通电子管不能再用作微波器件(振荡器、放大器和检波器)中，而必须采用原理完全不同的微波电子管(速调管、磁控管和行波管等)、微波固体器件和量子器件来代替。另外，微波传输线、微波元件和微波测量设备的线度与波长具有相近的数量级，在导体中传播时趋肤效应和辐射变得十分严重，一般无线电元件如电阻，电容，电感等元件都不再适用，也必须用原理完全不同的微波元件(波导管、波导元件、谐振腔等)来代替。 3．微波在研究方法上不像无线电那样去研究电路中的电压和电流，而是研究微波系统中的电磁场，以波长、功率、驻波系数等作为基本测量参量。 4．量子特性：在微波波段，电磁波每个量子的能量范围大约是10-6～10-3eV，而许多原子和分子发射和吸收的电磁波的波长也正好处在微波波段内。人们利用这一特点来研究分子和原子的结构，发展了微波波谱学和量子电子学等尖端学科，并研制了低噪音的量子放大器和准确的分子钟，原子钟。(北京大华无线电仪器厂) 5．能穿透电离层：微波可以畅通无阻地穿越地球上空的电离层，为卫星通讯，宇宙通讯和射电天文学的研究和发展提供了广阔的前途。 综上所述微波具有自己的特点，不论在处理问题时运用的概念和方法上，还是在实际应用的微波系统的原理和结构上，都与普通无线电不同。微波实验是近代物理实验的重要组成部分。 实验目的 1.学习微波的基本知识； 2.了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术； 3.学习用微波作为观测手段来研究物理现象。 微波基本知识 一、电磁波的基本关系 描写电磁场的基本方程是：
北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告
实验六用谐振腔微扰法测量介电常数 微波技术中广泛使用各种微波材料，其中包括电介质和铁氧体材料。微波介质材料的介电特性的测量，对于研究材料的微波特性和制作微波器件，获得材料的结构信息以促进新材料的研制，以及促进现代尖端技术(吸收材料和微波遥感)等都有重要意义。 一、 实验目的 1． 了解谐振腔的基本知识。 2． 学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法 二、 实验原理 本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。反射式谐振腔是把一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属板，构成谐振腔，具有储能、选频等特性。 谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。 谐振腔的有载品质因数QL 由下式确定： 210 f f f Q L -= 式中：f0为腔的谐振频率，f1，f2分别为半功率点频率。谐振腔的Q 值越高，谐振曲线越窄，因此Q 值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外，还表示频率选择性的好坏。 如果在矩形谐振腔内插入一样品棒，样品在腔中电场作用下就会极化，并在极化的过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化。
图1 反射式谐振腔谐振曲线 图2 微找法TE10n 模式矩形腔示意图 电介质在交变电场下，其介电常数ε为复数，ε和介电损耗正切tan δ可由下列关系式表示： εεε''-'=j ， εεδ'''=tan ， 其中：ε，和ε，，分别表示ε的实部和虚部。 选择TE10n ，(n 为奇数)的谐振腔，将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处， 即x ＝α／2，z ＝l ／2处，且样品棒的轴向与y 轴平行，如图2所示。 假设： 1．样品棒的横向尺寸d(圆形的直径或正方形的边长)与棒长九相比小得多(一般 d ／h<1／10)，y 方向的退磁场可以忽略。 2．介质棒样品体积Vs 远小于谐振腔体积V0，则可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，因此可以把样品看成一个微扰，则样品中的电场与外电场相等。 这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式 000)1(2V V f f f S s -'-=-ε
实验六-用谐振腔微扰法测量介电常数
北京邮电大学电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院 班级： 组员： 报告撰写人： 学号：
实验六用谐振腔微扰法测量介电常数 微波技术中广泛使用各种微波材料，其中包括电介质和铁氧体材料。微波介 质材料 的介电特性的测量，对于研究材料的微波特性和制作微波器件，获得材 料的结构信息以 促进新材料的研制，以及促进现代尖端技术 （吸收材料和微波遥 感）等都有重要意义。 一、 实验目的 1. 了解谐振腔的基本知识。 2. 学习用谐振腔法测量介质特性的原理和方法 二、 实验原理 本实验是采用反射式矩形谐振腔来测量微波介质特性的。 反射式谐振腔是把 一段标准矩形波导管的一端加上带有耦合孔的金属板，另一端加上封闭的金属 板，构成谐振腔，具有储能、选频等特性。 谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时， 电磁波 在腔内连续反射，产生驻波。 谐振腔的有载品质因数 QL 由下式确定： 式中：fO 为腔的谐振频率，fl ，f2分别为半功率点频率。谐振腔的 高，谐振曲线越 窄，因此 Q 值的高低除了表示谐振腔效率的高低之外，还表示 频率选择性的好坏。 极化的过程中产生能量损失，因此，谐振腔的谐振频率和品质因数将会变化 Q L _fo_ 厂f 2
图1反射式谐振腔谐振曲线图2微找法TEIOn模式矩形腔示意图 电介质在交变电场下，其介电常数&为复数，&和介电损耗正切tan S可由下列关系式表示： tan —— j， , 其中：￡,和￡,,分别表示&的实部和虚部。 选择TEIOn （n为奇数）的谐振腔，将样品置于谐振腔内微波电场最强而磁场最弱处， 即x =a/ 2, z= I / 2处，且样品棒的轴向与y轴平行，如图2所示。 假设： 1. 样品棒的横向尺寸d（圆形的直径或正方形的边长）与棒长九相比小得多（一般 d/h<1/10）, y方向的退磁场可以忽略。 2. 介质棒样品体积Vs远小于谐振腔体积V0,则可以认为除样品所在处的电磁场发生变化外，其余部分的电磁场保持不变，因此可以把样品看成一个微 扰，则样品中的电场与外电场相等。 这样根据谐振腔的微扰理论可得下列关系式 岸 V o
《光波导与光纤通信》课程教学大纲 一、《光波导与光纤通信》课程说明 （一）课程代码：08131013 （二）课程英文名称：Fundamentals of Light Wave Guide & Fibre Optical Communication （三）开课对象：应用物理学专业本科生 （四）课程性质： 光波导与光纤通信应用物理学专业本科生的专业选修课。其预修课程有大学物理、数理方法、通信原理等。本课程的目的本课程的目的是让学生掌握光纤通信的基本概念，基本理论和基本技术，了解光纤通信的发展现状。 （五）教学目的： 本课程的目的是让学生掌握光纤通信的基本概念，基本理论和基本技术，了解光纤通信的发展现状，更好地适应社会需要。 （六）教学内容： 光纤通信是现代通信网的重要组成部分,本课程内容主要包括光波导和光纤的基本理论和性质;半导体、激光器、光检测器、光放大器等光纤通信器件的基本理论和性质;光发射机、光接收机的基本理论和性质;光纤通信系统的构成、设计方式以及光纤通信中各种新技术、新发展。 （七）学时数、学分数及学时数具体分配 学时数： 54 学时 分数： 3学分 学时数具体分配： 教学内容讲授实验/实践合计第一章概论 2 2 第二章光纤与导光原理8 8
第三章光缆的制造及无源光器件 4 4 第四章光源与光检测器 4 4 第五章光纤激光器 6 6 第六章光纤放大器 6 6 第七章线路编码与多媒体应用 6 6 第八章光发射机与光接收机 6 6 第九章光纤网络通信技术 6 6 第十章光纤通信系统中的测量 6 6 合计54 54 （八）教学方式 以课堂讲授为主要授课方式 （九）考核方式和成绩记载说明 考核方式为考试。严格考核学生出勤情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40% ，期末成绩占60% 。二、讲授大纲与各章的基本要求 第一章概论 教学要点： 通过本章学习，使学生掌握光纤通信的发展史及其发展方向，光纤通讯的优点及特点。 1.了解光纤通信的发展状况。 2.理解光纤通信的特点。 教学时数：2学时 教学内容： 第一节光纤通信的发展概况 第二节光纤通信的特点
——自学《光波导理论与技术李玉权版》笔记 第1章绪论 (2) 1.1 光通信技术 (2) 1.2 光通信的发展过程 (2) 1.3 光通信关键技术 (3) 1.3.1 光纤 (3) 1.3.2 光源和光发送机 (5) 第2章电磁场理论基础 (7) 2.1 电磁场基本方程 (7) 2.1.1 麦克斯韦方程组 (7) 2.1.2 电磁场边界条件 (8) 2.1.3 波动方程和亥姆霍兹方程 (10) 2.1.4 柱型波导中的场方程 (11) 2.2 各向同性媒质中的平面电磁波 (13) 2.2.1 无界均匀媒质中的均匀电磁波 (13) 2.2.2 平面电磁波的偏振状态 (13) 2.2.3 平面波的反射和折射 (15) 2.2.4 非理想媒质中的平面电磁波 (16) 2.3 各向异性媒质中的平面电磁波 (18) 2.3.1 电各向异性媒质 (18) 2.3.2 电各向异性媒质中的平面波 (18) 2.4 电磁波理论的短波长极限——几何光学理论 (22) 2.4.1 几何光学的基本方程——eikonal方程 (22) 2.4.2 光线传播的路径方程 (24) 2.4.3 路径方程解的两个特例 (25) 2.4.4 折射定律与反射定律 (28)
第1章 绪论 1.1 光通信技术 光通信的主要优势表现在以下几个方面： （1） 巨大的传输带宽 石英光纤的工作频率为0.8~1.65m μ ，单根光纤的可用频带几乎达到了200THz 。即便是在1.55m μ 附近的低损耗窗口，其带宽也超过了15THz 。 （2） 极低的传输损耗 目前工业制造的光纤载1.3m μ 附近，其损耗在0.3~0.4dB/km 范围以内，在 1.55m μ波段已降至0.2/dB km 以下。 （3） 光纤通信可抗强电磁干扰，不向外辐射电磁波，这样就提高了这种通信手 段的保密性，同时也不会产生电磁污染。 1.2 光通信的发展过程