福州师专学报(自然科学版)
第21卷 第5期 JOURNAl.OF FUZHOU TEA CHERS CO LLEGE Vol.21 No.5 2001年10月 (Nataral Science Editio n)
Oct. 2001
陈胜钰
(福州师范高等专科学校 物理系，福建福州 350011)
摘要：本文指出薄膜波导在电光调制下TE l 模与TM m 模之间的耦合情况。 关键词：薄膜波导；电光调制；耦合波方程 中图分类号:Q 456 文献标识码:A 文章编号:1009-7821(2001)05-050-02
On Thin -film Wave -guide Photoelectric Offect
C HEN Sheng -yu
(The physical De p a rtmen t o f Fuzhou Teacher s College,Fu zhou Fujian 350011)
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Abstract:The coupling of TE l modulus and TM m modulus in a thin -film wave -guide unde r the condition of photoelec tric modulation is discussed in this paper.
人工智能开发板Key words:Thin -film wave -guide;Photoelec tric ity modulate;Coupling wave equation
收稿日期:2001-08-21
作者简介：陈胜钰(1973- )，女，福建福州人，福州师专物理系助教，主要从事光纤通讯与信息光学研究。
薄膜波导在调制电压作用下，电光效应使
得薄膜的折射率发生改变，并跟随调制电压变化。光波沿Z 轴方向通过薄膜波导后，其位相也随调制变化，薄膜波导输出的便是一束位相调制的光波。
1、薄膜波导为电光晶体材料
2、覆盖层折射率为n c
3、衬底折射率为n s
彩印业务图1 单波导电光调制器
如图一电光晶体构成的波导没有外电场
时，其模场E
(r,t)满足如下的波动方程
2
E
(r,t)=
2E
(r,t) t 2
加上调制电压后，引入了微扰电极化P
(r,t)，此时模场E
p (r,t)应满足的波动方程为
2E p (r,t)=
2
E
p (r,t) t 2+ 2
P
(r,t) t
2
那么调制电压作用下的TE 与TM 模耦合方程应
为
dA l
dz =jKB m exp(j z)
dB m dz
=jKA l exp(-j z)(1)
上式中,A l 和B m 分别代表TE l 和TM m 模,
l,m 为模式的级次, = l ,TE - m,TM 0为TE l 和
TM m 模传播常数之差,K 为耦合常数由电光晶体特性与调制电压决定。假设调制电场E M 为一均匀分布的常数值，电光系数 亦假设为常数，晶体的折射率为n 0，则耦合系数可写为
50
K=1
2
k0n30 E M(2) (2)式中K0为入射光波的波数，调制电场E M与调制电压U，薄膜波导的厚度h有关。可写为
E M=U
分子动力学仿真h(3)令 a l=A l(z)exp(-j l,TE Z)
b m=B m(z)exp(-j m,TM Z)(4)则(1)式的耦合波方程变为
da l
dz=-j l,TE a l+jb m K
db m
dz
=-j m,TM b m+ja l K(5)这为更常见的耦合波方程形式。若输入光波为TE波，则边界条件为Z=0时,a l(0)=1,b m(0) =0
求解耦合波方程(5)可得其解为
a l=[cos(gz)-j
2g
sin(gz)]e xp[-j( l,TE-
2
)z]
b m=[j K
g sin(gz)]exp[-j( m,T M+
2
)z](6)
(6)式中g2=K2+( 2 )2
当满足位相匹配时, 0<<K耦合波方程(5)式的解为路况电台
b m=jsin(kz)exp(-jB m,T M Z)
a l=cos(Kz)exp(-j l,TE Z)(7)耦合效率 为TM m模的功率|
b m|2与TE l模的入射功率|a l(0)|2之比，即 =|b m(L)
a l(0)
|2=(
K
g
声波驱散器)2sin2(gL)(8)上式中L为耦合长度。在位相匹配条件下, 0<<K,g K则模式之间功率全部转移的最佳耦合长度为
L=
2K(9)由(2),(3),(9)式联立可得
Lk0n30 U
h= (10)即当薄膜波导的长度L、厚度h，入射光的波数k0，晶体的折射率n0，电光系数 ，调制电压U满足(10)式时，在位相匹配的条件下，使入射端面的TE l模通过耦合出射端面为TM m模。
由上分析可知在相位匹配条件下，若入射光的频率发生变化，那么入射光的波数k0，晶体的折射率n0，电光系数 也随之发生改变，在薄膜波导的长度L、厚度h一定时，输出端面的光波的偏振方向也发生变化。只有改变调制电压U，使之满足(10)式时才能达到最佳耦合。这样利用调节调制电压U使出射端面的光波的位相得到调制。
参考文献:
[1]A亚里夫.量子电子学[M].上海科学技术出版社: 534 536.
[2]明海，张国平，谢建平.光电子技术[M].中国科学技术大学出版社,1998:138 141.
[3]羊国光，宋菲君.高等物理光学[M].中国科学技术大学出版社1991 362 367
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