光波导技术
徐妍 F0707201 5070729003
实验原理
光波导传输损耗的测量
一、 损耗机理
光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的，界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。 二、 测量原理
真实波导由于界面不平整以及波导内部杂质散射，使导模转变为辐射模。可以认为：某一位置散射出来的光强主要受到该点的传输光强、界面的不平整程度、杂质多少的影响。整块波导是在特定条件下一次性制备，后两因素的影响可以认为在整块波导中平均分布，即使由于杂质大小有涨落而出现某点散射光特别强，也可以在后期的图像处理中采用数字滤波技术加以消除。因此，散射光强将之和该处的实际传输光强成正比。据此，可以采用数字成像器件CCD传输线上个点的散射光强进行记录，转换成内部传输光强，拟合出传输衰减曲线并计算衰减系数。 三、 图像噪声的消除
在波导传输线静态数字照片上，对传输光强分布进行研究，发现波导杂散光十分明显，如图Fig3，相当于噪声必须消除，否则将给
传输衰减系数的衰减带来很大的误差。
消除数字图象噪声的方法有很多种，本文采用的使均值滤波算法 。该算法相当于一个低值滤波器，图象上的每一点均被周围点的加权平均值来代替。即：
y（m,n）和v(m,n)分别是处理前和处理后的图象，W是一个确定大小的窗口，a(k,l)是个点的权重函数。通常的空间均值滤波对各点设置相同的权重，由（1）可得：
即是窗口W中的像素数目。对应于窗口大小
为3的空间均值滤波掩模图如Fig.4。
四、 传输损耗的计算
经过空间均值滤波的处理，我们得到了一条传输衰减曲线。有损好的导模功率随传输距离的衰减可表示为：
L就是所关心的光波导传输损耗。因此我们所需要拟合的是一条指数衰减曲线。通过参数变换，可将非线性回归转化为线性回归，设待拟合曲线方程为：
根据现行回归的回归系数计算公式计算出a’、b’后，即可得到待定系数a、b从而计算出传输衰减系数。
为了能够更方便的进行波导传输损耗的测量，本实验设计了一个专用测量软件。
光波导薄膜厚度和折射率的测量
一、 棱镜耦合
棱镜耦合法是在波导中激发导模的一种重要方法。棱镜耦合的原理如图2所示。棱镜耦合条件为：
当耦合条件满足时，大部分能量进入波导，在波导中激发某一导模，冷静的反射光强骤减。由于实际波导不可能是理想的 ，总是存在光散射，于是这个导模的部分能量被耦合成其它的导模，这些导模将以不同的方向耦合出棱镜。每一个模式多有它自己的、满足同步条件的输出角，因此，在反射屏上能观察到一组亮线，即m-lne。测量这些模式的同步角，并利用波导的模式本证方程，可计算波导薄膜的折射率和厚度。
二、 介质平板波导理论
三、 实验方法
实验数据处理
一、传输损耗
通过软件计算得n=1.411923401 h=3.5113023320。
[思考题]
1.光波导传输损耗有哪些因素引起的？
光波导器件传输损耗主要由以下因素产生：波导材料的散射和吸收引起的损耗；基片的表面光洁度受到抛光工艺的，界面的不规则导致导模与辐射模间的耦合而引起的损耗；波导表面弯曲，引起能量辐射造成损耗。
2.实验中采用最小二乘法拟合，确定光波导传输损耗，请写出具体的拟合计算方法。
(1) 消除数字图象噪声的方法有很多种，本文采用的是均值滤波算法。
该算法相当于一个低通滤波器，图象上的每一点均被周围点的加权平
v(m,n)均值来代替。即：
a(k,l)y(mk,nl)(k,lW)
3. 如果波导只能容纳2个导模，如何确定薄膜的厚度和折射率？ 用探测器测量反射光随入射角的变化函数。通过反射曲线的骤减峰来判断导模的激发。
