二维几何波导

2009年芬兰Helsinki技术大学的A. Säynätjoki等人研究了在狭缝波导中采用倾斜侧壁结构的优越性。

采用倾斜壁狭缝结构波导的模式大多集中在狭缝的底部，有效模式的面积随着狭缝底部宽度的减小而减小，由此表明模式限制增强了。

倾斜壁原子层沉积生长，采用钛氧化物作为ALD的生长材料很好的用作狭缝的非线性填充材料。

<FEM—FimmWave 软件>（Advantages of Angled Sidewalls in Slot Waveguides------ A. Säynätjoki、T. Alasaarela、A. Khanna、L. Karvonen）2010年日本北海道大学Masa-aki KOMATSU等人研究了水平狭缝波导高非线性特性和低而平坦的色散特性。

数值模拟结果显示6000/W/m的非线性系数，平坦色散带宽为260nm,制作容差为±10nm。

<FEM>( Highly-Nonlinear Horizontal Slot Waveguides with Low and Flat Dispersion--- Masa-aki KOMATSU、Kunimasa SAITOH、Masanori KOSHIBA)2010年G. Pandraud等人研究了SiC-SiO2-SiC水平结构的狭缝波导。

1.3um的波导测试的准TM模式传输损耗为23.9±1.2dB/cm。

目前报道的最少损耗的垂直式50nm单狭缝波导的TE模的损耗约为11.6±3.6dB/cm。

SiC材料的折射率小于Si但是远高于SiO2，制作时有更高的容差能力。

N SiC=2.35，N SiO2=1.45，通过改变波导结构测得在狭缝厚为238nm，板厚为108nm条件下最大的限制功率为38%。

如果减小横向尺寸，那么准TE模式将会消失，而准TM模不会有太多的影响。

0引言1987年，美国的E.Yablonovitch [1]和S.John [2]各自独立地提出了“光子晶体”（photonics crystal ）的概念，即如果将折射系数不同的介质在空间按一定的周期排列，当周期参数与光波长同一数量级时，由于周期结构带来的布拉格散射，那么该晶体能够在一定的频率范围内产生“光子带隙”（photonic band gap ，PBG ），也称“光子禁带”。

光子晶体的能带结构特性决定了其不同于其他介电材料的特性。

光子晶体[3，4]是一种具有周期结构的人造材料，因为其应用范围广泛，一经问世就引起了学术界高度关注。

随着对光子晶体的深入研究，科学家们相信对光子晶体的研究和应用将会极大地推动光子学和光子产业的发展。

目前，在理论上，科学家们提出了多种模拟计算光子晶体的理论方法。

具有固定结构和参数的光子晶体，借助计算机，人们可以很容易计算出其能带结构、反射和透射等物理性质。

在二维光子晶体方面，分析研究不同介质常数形成的不同周期结构的光子晶体的能带结构和分析由线缺陷构成的光波导的特性仍是人们的研究课题之一。

本论文将采用时域有限差分法研究无限长Al 2O 3介质棒在空气中排列形成的二维光子晶体，通过分析反射和透射等特性，算出该完整周期结构光子晶体的带隙。

接着设计一种线缺陷，形成波导结构，进而计算和验证缺陷态的存在。

1计算方法时域有限差分法（FDTD ）是电磁场数值计算的经典方法之一，其被应用于光子晶体的理论研究[5]始于上世纪90年代。

在三维直角坐标系中，时域有限差分（FDTD ）中离散的电场和磁场的空间分布如图1所示，每一个磁场分量周围有四个电场分量；每一个电场分量周围有由四个磁场分量。

电磁场分量的这种空间取样方式既符合符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律，又适合Maxwell 方程的差分计算，可以完整地描述电磁场随着实践在空间的的传播。

根据时域有限差分（FDTD）理论，Maxwell差分方程可以写为：同理可以写出H y 、H z 、E y 、E z 的Maxwell 差分方程。

几何光波导制作流程英文回答：The process of manufacturing a geometric optical waveguide involves several steps. First, the waveguide material is prepared. This can be a glass or a polymer, depending on the specific application. The material is typically chosen for its optical properties, such as low loss and high refractive index.Next, the waveguide structure is designed. This involves determining the dimensions and shape of the waveguide. For example, a rectangular waveguide may be used for certain applications, while a circular waveguide may be more suitable for others. The design also includes the placement and size of any additional components, such as couplers or filters.Once the design is finalized, the waveguide structureis fabricated. This can be done using various techniques,such as lithography or etching. For example, in lithography, a mask is created that defines the desired waveguide pattern. The mask is then used to transfer the pattern onto the waveguide material through a series of steps, including exposure and development.After the waveguide structure is fabricated, it undergoes a series of post-processing steps. This caninclude polishing the waveguide surface to improve its optical properties, such as reducing surface roughness or removing any defects. It may also involve coating the waveguide with a protective layer to enhance its durability or prevent contamination.Finally, the waveguide is tested to ensure its performance meets the desired specifications. This can involve measuring its optical loss, coupling efficiency, or other relevant parameters. If any issues are identified, adjustments may be made to the fabrication process ordesign to improve the waveguide's performance.In conclusion, the process of manufacturing a geometricoptical waveguide involves preparing the waveguide material, designing the waveguide structure, fabricating thestructure using techniques like lithography or etching,post-processing steps like polishing or coating, andtesting the waveguide for performance. Each step is crucial in producing a high-quality waveguide that meets thedesired specifications.中文回答：制作几何光波导的过程包括几个步骤。

波导截止波数-回复什么是波导截止波数？在波导中，电磁波传播的条件由波导截止波数所确定。

波导截止波数是指在一定波导结构中，电磁波不能继续传播而发生反射、衰减的最小波数。

波导截止波数在波导的设计中起到重要的作用，它决定了波导的工作频率范围和特性。

首先，了解什么是波导。

波导是一种特殊的传输线，用于导引电磁波沿特定方向传播。

不同于普通的传输线如电缆，波导具有自身的导向结构，可以控制电磁波的传播。

波导结构通常由一个导体管和填充在其中的介质构成。

导体管由金属材料制成，可以是矩形、圆形或其他形状。

介质则填充在导体管中，并具有一定的电磁特性。

波导的传输特性由其物理结构和介质的性质决定。

波导截止波数是在给定波导结构和介质条件下，电磁波无法继续传播的最小波数。

当电磁波的波数小于截止波数时，波导内的反射和衰减会阻止电磁波的传播。

波导截止波数的计算涉及到波导的几何结构和填充介质的电磁性质。

在一维波导中，截止波数的计算较为简单，通常通过截止频率来计算，而在二维和三维波导中，计算变得更加复杂。

下面将依次介绍这些内容。

一维波导中的截止波数计算相对简单。

一维波导是指波导的几何结构和电磁波的传播均沿一条直线。

最简单的一维波导是矩形波导，由两个平行的金属板构成，介质填充在两板之间。

对于矩形波导，截止波数可以通过以下公式计算：k_c = sqrt((omega^2 - beta_m^2) / c^2)其中，k_c为截止波数，omega为电磁波的角频率，beta_m为模式展宽，c为光速。

在二维和三维波导中，截止波数的计算更加复杂。

二维和三维波导是指波导的几何结构和电磁波的传播沿两个或三个方向。

在计算截止波数时，需要考虑波导的具体几何结构，如矩形、圆形、椭圆形等，以及填充介质的电磁性质。

对于二维波导，有多种计算截止波数的方法，如边界元法、矩量法等。

这些方法需要将波导模型离散化，并通过求解边界条件和模型方程来计算截止波数。

在实际工程中，通常会使用电磁模拟软件进行计算，如COMSOL Multiphysics、HFSS等。

此模型基于《 COMSOL 软件许可协议》6.1 版本授权。

所有商标均为其各自所有者的财产。

请参见 /trademarks 。

在 COMSOL Multiphysics 6.1 版本中创建H 弯波导 - 三维简介本例演示如何对微波的矩形波导进行建模。

一个中空的波导可以传导两种电磁波：横磁波 (TM) 和横电波 (TE)。

本例分析在传播方向上没有电场分量的 TE 波。

更具体地说，在本例中，所选择的频率和波导尺寸使得 TE10为单一传播模式。

在这种模式下，电场只有一个非零分量，即一个带有两个节点的正弦曲线，波导的每一面各有一个节点。

这样即可在二维中建立和求解模型，而且模型是在一个单独的版本中实现的；参见H 弯波导 - 二维。

设计模型时要考虑的一个重要方面是如何设计拐角处波导的形状，以免造成不必要的信号功率损失。

与电线不同，这些损耗通常不是由欧姆电阻引起，而是由不需要的反射产生。

您可以保持弯曲处平滑，同时使半径足够大，将这种反射降至最少。

在波导工作范围内，传输特性（波导传输信号的能力）必须相当均匀，以避免信号失真。

由于波导内部的介质是空气，因此整个工作范围内的传输几乎没有损耗。

本例中，为了使仿真和结果更有意义，弯曲处填充了石英玻璃（一种电介质）。

模型还演示了如何系统地计算所有 S 参数并导出到 Touchstone 文件。

模型定义本例演示如何创建一个模型来计算给定半径的 90 ︒弯波导的电磁场和传输特性。

这种弯波导会改变H场分量的方向，并保持E场方向不变，因此被称为H 弯波导。

本例中使用的 H 弯波导设计已在实际应用中得到充分验证，您可以从众多制造商处在线购买类似的弯波导。

这种特殊的弯波导在完美导电壁的理想情况下性能最佳。

波导壁通常镀有良导体，例如银。

本例中，壁被视为由理想电导体构成，这意味着电场的切向分量为零，或者边界上n ⨯ E = 0。

此边界条件被称为理想电导体 (PEC) 边界条件。

3 |H 弯波导 - 三维几何结构如下所示：波导被视为在弯曲前后继续无限延长。

光波导理论研究现状凤兰【摘要】光波导可以被广泛应用在集成光学各个领域.对各种光波导的理论进行分析,并在此基础上提出更有效和更简便的理论分析方法,从不同的宏观角度出发,不同程度地回答光在光波导中传输时的行为及其构成等基本问题,对光波导理论的研究具有重要的实际意义.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2014(000)019【总页数】2页(P25-26)【关键词】光波导;理论研究【作者】凤兰【作者单位】内蒙古电子信息职业技术学院,内蒙古呼和浩特010070【正文语种】中文【中图分类】TN252.011 集成光学发展的历史、现状和趋势光纤通信的发展，推动着人类社会向信息社会变革。

1970年第一根低损耗光导纤维的出现，翻开了人类通向信息社会的新的一页。

研究光如何在光纤和各种光波导中传输的理论，即光波导理论，则是光纤传输的基本理论，是它指导着光纤技术的前进［1］。

对于光在光纤和各种光波导里面的传输理论，是近二三十年的事情。

光波导理论源于微波波导理论。

20世纪50年代后期，电子学的发展，使人类对电磁波的利用推进到了微波波段，全世界都致力于微波波导的研究，包括我国，都曾大力研究微波圆波导传输，其中研究的最多的是介质薄膜波导和螺旋波导［2］。

从微波到光，是人类对电磁波利用的必然趋势。

光波导理论和微波理论有着密切的联系，然而二者也有截然不同的特点。

光波导不仅仅是微波波导尺寸的缩小，光在光纤中的损耗机理、光波导的弱导性及其他传输特性都与微波波导不同，所以光波导理论是一门独立的理论。

集成光学是20世纪60年代末才发展起来的一门新兴学科，它是现代光电子学的一个重要分支。

由于微电子技术的蓬勃发展，平面微细加工技术日益完善，以晶体和非晶体材料为衬底的光波导应运而生，使人们可能将光限制在与其波长相比拟的微小空间加以研究和利用。

当光被限制在介质波导中传播时，可以利用介质材料的电-光、声-光和磁-光等多种物理效应对其波导中传播的光进行控制或处理。

几何相位光栅-概述说明以及解释1.引言1.1 概述几何相位光栅是光学领域中的一种重要元件，它利用微细的表面结构在光波传播中引入相位差，从而实现对光波的操控和调制。

相比传统的光学元件，几何相位光栅具有更加复杂和多样的功能，可以广泛应用于光学成像、光通信、光谱分析等领域。

几何相位光栅的原理基于光波的干涉效应。

当光波通过几何相位光栅时，光波会与光栅表面上的微细结构相互作用，进而发生干涉现象。

这些微细结构可以是规则排列的周期性凸起或凹陷，也可以是复杂的非周期性结构。

不同结构的光栅将对光波的相位产生不同的影响，从而实现了对光波的控制和调制。

几何相位光栅的应用十分广泛。

在光学成像方面，几何相位光栅可以用于增强图像的对比度和分辨率。

光通信领域中，几何相位光栅可以用于光波的调制和解调，实现高速、高效的光信号传输。

此外，几何相位光栅在光谱分析、光学器件的设计等方面也有着重要的应用。

未来，几何相位光栅的发展前景非常广阔。

随着微纳技术的不断进步，几何相位光栅的制备和加工技术将越来越成熟，结构的复杂性和精度也将不断提高。

这将进一步推动几何相位光栅在各个领域的应用，为光学研究和应用带来更多的可能性。

总之，几何相位光栅作为一种光学元件，具有重要的应用价值和研究意义。

通过对光波的相位调制和控制，它为光学领域的各个应用领域提供了新的思路和解决方案。

随着技术的不断进步，我们相信几何相位光栅将会发展得更加出色，并在光学领域发挥更大的作用。

1.2文章结构文章结构部分的内容可以是：文章结构部分旨在介绍本文的组织架构，让读者对全文有一个清晰的了解。

文章将按照以下几个部分进行展开：1. 引言：介绍几何相位光栅的背景和意义，以及本文将要探讨的主题。

通过概述几何相位光栅的基本概念和原理，引发读者的兴趣。

2. 正文：详细阐述几何相位光栅的定义和原理。

在几何相位光栅的定义部分，会介绍它是一种什么样的光学器件，有哪些特点和功能。

而在几何相位光栅的原理部分，将深入探讨其工作原理，包括光栅的构成、光的干涉现象等。