钛扩散铌酸锂条形光波导的单模工艺条件分析

"钛扩散铌酸锂条形光波导的导模 (1990年)" 这篇1990年的论文主要探讨了钛扩散铌酸锂条形光波导的导模特性，这是一种在集成光学器件中广泛应用的结构，尤其在电光器件和光开关中占有重要地位。文章采用了加权余量法（Weighted Residual Method，WRM）来求解这种波导的传播常数，这是一种数值分析方法，用于解决偏微分方程的边界值问题。 文章首先介绍了波导的结构，其芯区的厚度为d，宽度为w。在垂直于表面的U方向上，钛元素在芯区的扩散不完全，导致折射率在各层中呈现特定的分布。作者给出了在不同区域折射率的表达式，并使用了近似的南斯分布来描述芯区的折射率变化。 随后，文章定义了两个归一化参数V1和V2，分别与波导的截止频率和高宽比相关，以及归一化的传播常数P'。这些参数对于确定波导的单模工作条件至关重要，因为它们可以用来分析波导在不同频率下的传输特性。论文中提到的V1和V2可以通过扩散深度、波导尺寸和材料的折射率差异来计算。 在新的坐标系统下，通过归一化处理，作者建立了波动方程，并对其进行了求解。这个方程描述了电磁场在波导中的传播情况。通过WRM方法，可以得到传播常数的精确解，尤其在接近截止频率的区域，这种方法的精度相对较高。 论文进一步将计算结果与Marcatili方法和有效折射率法（Effective Index Method，EIM）进行对比，证明了WRM方法在近截止区的优势。然后，论文导出了确定单模工艺条件的理论公式，并给出了相应的曲线，这对于实际制造单模条形光波导的工艺控制具有指导意义。 这篇论文为理解并优化钛扩散铌酸锂条形光波导的性能提供了理论基础，对集成光学领域的设计和制造具有实际应用价值。通过WRM法的运用，研究人员能够更准确地预测和控制波导的传播特性，从而改进光学器件的性能。