1、本科毕业设计（20届）基于OPTIWAVE的硫系玻璃脊形光波导结构设计所在学院专业班级电子信息科学与技术学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】近几年，随着光纤通信及光信号处理的快速发展，特别是具有很大发展前途的全光通信网概念的提出，光集成技术越来越受人们的关注。硫系薄膜具有高的溶解能量、高的光敏性、组分可调、容易制备等优点，其折射率比石英玻璃高23个数量级更使它成为集成光学器件研究的焦点。本论文阐述了脊形光波导的等效结构，采用有效折射率法对其结构参量进行理论分析，并结合牛顿割线法计算硫系玻璃脊形光波导传输单模光波时内外脊高B，H及脊宽W等结构参量,最终得到硫系玻璃脊形光波导的有效折
2、射率。最后通过OPTIWAVE软件对硫系玻璃脊形光波导进行建模和仿真。【关键词】硫系薄膜；脊形光波导；有效折射率法；牛顿割线法；结构参量。IIABSTRACT【ABSTRACT】INRECENTYEARS,WITHTHEOPTICALFIBERCOMMUNICATIONANDTHERAPIDDEVELOPMENTOFOPTICALSIGNALPROCESSING,INPARTICULAR,HAVEGREATDEVELOPMENTPROSPECTSOFTHEWHOLECONCEPTOFTHEPROPOSEDOPTICALNETWORKS,OPTICALINTEGRATIONTECHNOLOGYM
3、OREANDMOREBYTHEATTENTIONCHALCOGENIDEFILMSWITHHIGHENERGYSOLUTION,HIGHPHOTOSENSITIVITY,EASYPREPARATION,ADJUSTABLECOMPONENTS,THEREFRACTIVEINDEXHIGHERTHANTHATOFQUARTZGLASS2TO3ORDERSOFMAGNITUDEMOREINTEGRATEDOPTICALDEVICESTOMAKEITTHEFOCUSOFRESEARCHTHISPAPERDESCRIBESTHEEQUIVALENTRIDGEWAVEGUIDESTRUCTURE,USI
4、NGEFFECTIVEINDEXMETHODTOTHEIRTHEORETICALANALYSISOFSTRUCTURALPARAMETERS,COMBINEDWITHNEWTONSECANTMETHODCHALCOGENIDEGLASSRIBWAVEGUIDETRANSMISSIONWHENSINGLEMODELIGHTINSIDEANDOUTSIDETHERIDGEOFHIGHB,HANDTHERIDGEWIDTHWANDOTHERSTRUCTURALPARAMETERS,ANDULTIMATELYGETCHALCOGENIDEGLASSRIBWAVEGUIDEEFFECTIVEREFRAC
5、TIVEINDEXFINALLY,CHALCOGENIDEGLASSRIBWAVEGUIDEMODELINGANDSIMULATIONBASEDONOPTIWAVESOFTWARE【KEYWORDS】CHALCOGENIDEFILMSRIBGEWAVEGUIDEEFFECTIVEREFRACTIVEINDEXNEWTONSECANTMETHODSTRUCTURALPARAMETERSIII目录摘要IABSTRACTII目录III1绪论111课题研究的背景与意义1111课题的背景1112课题的意义112本论文的主要研究内容与章节安排22硫系玻璃薄膜及特性321硫系玻璃的概述322硫系玻璃的应用3
6、23硫系薄膜研究进展与现状424课题所用的硫系玻璃薄膜53光波导理论基础731光波导概述7311光波导的分类及其特点7312脊形光波导的优势732平面光波导的射线理论84脊形光波导的设计1241脊形波导单模条件1242脊形光波导模型分析1243马卡梯里近似解法1344有效折射率法1645GE25SE75硫系薄膜脊形光波导设计17451材料选取17452脊形波导有效折射率分析1746牛顿割线法2047MATLAB实现21471内脊高B、外脊高H、有效折射率N1、N2的确定21472脊宽W和有效折射率N3的确定235OPTIWAVE软件仿真及结果分析2451OPTIWAVE软件简介2452OPTI
7、BPM仿真流程2453硫系玻璃脊形光波导的建模及仿真25531建模依据25532模型的设计26541单模的光场分布及其模折射率29542多模的光场分布及其模折射率30543不同厚度下的模折射率326总结与展望33参考文献34致谢错误未定义书签。IV附录361绪论11课题研究的背景与意义111课题的背景所谓集成光学（IO）是由美国贝尔实验室SEMILLER博士在1969年正式提出INTRGRATEDOPTICS这一概念1。他把“光学集成化数据处理器”和“光学集成回路”两个词合成“集成光学”3，以表示光波在数据处理网络中的应用，并且用集成回路代替电子集成电路来改变工作性能。它是光电子学的一个新兴分
8、支，是一门与光学、电子学、固体物理有光的边缘学科，是基于薄膜传输光频波段的电磁能，而发展起来的一门学科，又称薄膜光电子学。其中光波导器件由于其小型化、易于大规模生产、成本低等优势，成为无源光通信器件的发展方向，使光子集成和光电集成成为可能。集成光学是当今光学和光电子学领域的发展前沿之一，它主要研究集成在一个平面衬底上的光学器件和光电子学系统的理论、技术与应用，是光学发展的必由之路和高级阶段1,2。目前电子器件系统及系统的响应时间最快达到NS级，而光子的响应时间可达FS级。光电信号转换能力的滞后和电子线路速度的限制，成了制约信息传输容量的瓶颈。因此，开发新型光器件以推动全光网络的发展已成了人们的
9、共识。光子技术的成功离不开集成光学器件的发展，集成是光器件的必然演进方向。而集成光学起器件的发展关键就在于材料、器件、系统结构和加工技术的提高。用集成光学代替集成电路的优点包括带宽增加，波分复用，多路开关，耦合损耗小，尺寸小，重量轻，功耗小，成批制备经济性好，可靠性高等3。一场高速光子取代现有信息转换媒体即电子的革命性进程已经开始。光信息科学与技术是当今最活跃的科学技术领域之一，也是最活跃的信息技术领域之一。随着全光信息处理研究的快速发展，三阶非线性光学玻璃的研究成为光电子技术领域中热门的研究课题之一。光波导是集成光学器件的基础和基本连接方式，是大量光信号快速传输的载体，它是集成光波导器件的最
10、基本的光学回路。112课题的意义硫系玻璃具有较高的转变温度，较好的力学性能，制成的纤维有较好的可挠性，但硫系玻璃的折射率大，瑞利散射强，中红外区本征吸收较大。硫系玻璃的电学性质研究得很多，而且也取得了有实用价值的新进展。随着硫系玻璃工艺的日趋成熟，硫系薄膜也逐渐引起了人们的关注。OPTICALEXPRESS、OPTICALLETTER等刊物近几年相继发表了数十篇关于硫系薄膜波导制备及其在光器件应用的研究报道。国外对硫系薄膜光波导的研究一直处于领先位置，其中美国海军实验室（NAVELRESEARCHLABORATORY）、美国西北太平洋国家实验室（PACIFICNORTHWESTNATIONAL
11、LABORATORY）、澳大利亚国立大2学（THEAUSTRALIANNATIONALUNIVERSITY）激光物理中心、英国南安普顿（SOUTHAMPTON）大学光电子中心、美国麻省理工大学微光子中心、法国凝聚态物理化学研究所等机构不断研究，已取得了阶段性的进展。他们利用热蒸发、磁控溅射、激光脉冲沉积等方法，制备了包括GALAS,AS2S3,GEASSES等一系列低损耗（N2N3。这样，光能限制在薄膜之中传播，如图33所示。N2覆盖层N1波导层N3基底层上包层芯层下包层上包层内脊区外脊区下包层9图33平面波导的射线路径（光传播示意图）光在光波导中形成导模，也就是光能全都限制在波导中进行传播，
12、这就要求光在薄膜基底和薄膜覆盖层交界面上的反射为全反射18。设薄膜厚度为H，沿Y方向薄膜不受限，在薄膜与衬底的界面（下界面）上平面波产生全反射的临界角为1C，而在薄膜与覆盖层的界面（上界面）上平面波产生全反射的临界角为0C，根据全反射原理，有211ARCSINCNN（31）001ARCSINCNN（32）当光在两介质表面发生折射时，根据折射定律，折射光的出射角满足1122SINSINNN（33）在平板波导中，N2N1且N2N3，当入射光的入射角1超过临界角0时，201SINNN（34）入射光发生全反射，此时，在反射点产生一定的位相跃变。我们从菲涅耳反射公式2222221121111211COS
13、SINCOSSINTERNNNNNN（35）22222222211211211211COSSINCOSSINTMRNNNNNNNN（36）出发，推导出反射点的位相跃变TE、TM为2220222201TANTEKNKN（37）22221022222201TANTMNKNNKN（38）HXZN1N2N310式中011SINKN为光的传播常数，02K为光在真空中的波数，是光的波长。图34表示平板波导中构成导波的平面波示意图，实线ABCD和ABCD代表平面波的两条射线，虚线BB和CC则代表向上斜射的平面波的两个波阵面。图34平板波导中的平面波所以B、B点应有相同的相位，C、C点也有相同的相位。可见由B
14、到C和由B至C所经历的相位变化之差为2的整数倍。于是两射线的相位差为0110222KNBCBCM，M0,1,2,3（39）根据图中的几何关系，上式可变为01102COS222KNHM（310）式中N1、H为是薄膜波导的参数，1、0为全反射的相位差，M为模序数，即从零开始的正整数，K0是自由空间的波数，它决定于工作波长，1、0与波导的结构参数N1、N2、N0和入射角有关。当波导和入射波长给定时，上式是关于未知数的方程，它确定了形成导波的入射角的条件，因而叫薄膜波导的特征方程。特征方程中01COSKN是薄膜中波矢量在X方向的分量，它是薄膜中的横向相位常数，可表示为101COSXKKN（311）于是
15、特征方程可写为1102222XKHM（312）该式表明，由波导的某点出发，沿波导横向往复一次回到原处，总的相位变化应是2的整数倍。这使原来的波加强，即相当于在波导的横向谐振，因而叫做波导的横向谐振条件。横向谐振特性是波导导波的一个重要特性。将（35）式和36式分别代入（37）式，可得到与两种偏振态有关的平板波导模式本征方程。对TE模，有BCDABACD射线等相面1111TANTANPQKHMKK，M0,1,2,3313式中2221201KKN（314）2221202PKN（315）2221203QKN316）对TM模，有22111113TANTANNPNQKHMNKNK（317）其中01SIN
16、KN为光的传播常数，从上式可以看出，光波的传播常数介于平面光波在基底和薄膜的波数之间，即有0201KNKN（318）为了方便，我们定义波导的有效折射率10SINNNKN又称为模折射率，它的取值范围为21NNN（319）利用有效折射率，可将平面波导的模式本征方程改为TE222222121121123210222211TANTANNNNNNNKHMNNNN（320）TM22222222121121123121102222222131TANTANNNNNNNNNKHMNNNNNN321124脊形光波导的设计41脊形波导单模条件在集成光学中，设计脊形波导时首先要考虑它的单模条件。由于多模传输会引起模间
17、干涉和扰动以及不良的模变换等现象，并且会降低光集成器件的性能，所以一般多工作在单模状态，因此单模条件的准确性和可靠性相当重要。脊形波导的单模判据，即要求一阶模的模有效折射率小于外脊基模的模有效折射率。大截面脊形光波导的单模特性一般是通过选择适当的脊宽W、外脊高H和内脊高B来实现,如图41所示。RICHARDZAI1991年也给出了大截面脊形波导的单模条件19,20221311SKBSKHWSKBBKBSKBSKH4122051212NNS22051313NN4205HB43光场在满足这种脊形波导时仅以基模的形式传播。式中N1是薄膜层折射率，N2是覆盖层折射率，N3是基底层折射率；K为真空中波数
18、；对于XMNE模，11J；对于YMNE模，2112JJNN。若KB和KH都远远大于S，或B4，则式4143可简化为式442031WRBR，05HRB（44）后来，RICKMAN做了大量的实验后，发现实际结果和理论有一定的差距，所以POGOSSIAN等人对RICHARD的大截面理论做了些修正,给出了下面新的大截面脊形波导的单模条件21WRCBR，05HRB（45）式中当C03时，（45）式与（44）式变为相同；当C0时，（45）式的计算结果才与实验值相符。42脊形光波导模型分析自1947年由COHN引入脊波导后,脊波导引起了人们的重视,对脊波导的研究从未间断。脊形波导一般有两种形式，如图41所示
19、，一种是矩形截面，另一种是梯形截面，这主要是由于实现工艺不同而引起的。图41为等效脊形光波导的结构2123。其中N1为覆盖层空气，N2为薄膜层，N3为基底底，13内脊高为B，外脊高为H，脊宽为W。在Y方向上，由于各介质层折射率的差别，光能被限制在薄膜层中。对脊形光波导而言，光能不仅在Y方向上受到限制，而且在X方向上也受到限制。这是由于内脊高B大于外脊高H，因此区域I的有效折射率高于区域的有效折射率，这样便使光能在X方向得到了限制。由此特性可知这种结构器件作为光波导器件可以应用于光电集成中。矩形截面梯形截面图41等效脊形光波导的结构43马卡梯里近似解法波导结构如图42所示，在这个模型中，假定折射
20、率为N1的波导区被折射率为N2、N3、N4、N5的介质层和图中的阴影区环绕，N1NI。图42马卡梯里分析中的矩形介质波导对于这一理论模型来说，场矢量的各个直角分量满足亥姆霍兹方程1622220220JKNXY（46）利用射线光学的锯齿形光线模型，不难看出，在这种波导中可以出现两类模式能近似地满足波YXBBAAN50N1N2N4N3HBWN1N2N3IIIIXYIWHBN1N2N3IIIII14动方程和边界条件一类是导模的电矢量近似指向X方向，记作XMNE，它的主要电磁场分量是XE和YH，纵向分量ZE和ZH较小，而YE更小；另一类导模的电矢量近似指向Y方向，记作YMNE，它的主要电磁场分量是YE
21、和XH，纵向分量ZE和ZH较小，而XE更小。这里下角标M,N分别表示沿X和Y方向场强极大值的数目，上角标X和Y则分别表示电矢量的近似方向。马卡梯里近似，相当于把本征值方程的求解化为近似地用分离变量法求解两个独立的三层平板波导方程。对于图42所示的理论模型，可以把亥姆霍兹方程46近似地写成如下形式22222222200010XYKNKNKNXY（47）其中23N，XA2XN21N，AXA25N，XB2YN21N，BYB24N，YN1，利用有效折射率法，不难构成一个在X方向限制光场的等效平板波导，波导的结构和相应的折射率如图46B所示，它们的折射率分别为N1、N2和N1，其中N1是Y方向厚度为H，
22、折射率分布为N3、N1和N2的三层平板波导的折射率；N2是Y方向厚度为B,折射率分布为N3、N1和N2的三层平板波导的折射率。利用这种等效平板波导可以方便地分析脊形波导。例如，对XMNE模，其主要电磁场分量是XE和YH，这种场型相当于图46A所示三个平板波导的TE模。可方便地利用模式本征方程求出N1和N2。然后根据图46B所示模型由TM模的本征方程求出脊形波导沿Z方向的传播常数。在图46所示的结构中，先考虑W0时厚度为H，各层折射率分别为N1,N2,N3的等效平面光波导。引进有效折射率N1/K,当光沿着Z方向入射时，根据MAXWELL理论，设N2N1N3N1,并令HBWN1N2N3IIXYII
23、WN1N2N1N1N2N1192222121YKNN2222222YKNN2222323YKNN428则TE模的平面波方程为222030/0YYDEXDXYEX10E15精度BETA3BETA2BETA2BETA1FBE2/FBE2FBE1牛顿割线法的公式NEFFBETA0/K0程序中DJ就是表格中对应的内外脊高，例如表41中B100NM，是以上代码的第一个收敛点。当B确定时，有时改变N的取值，也会有多个收敛点，例如表41，我是根据N0,1,2的顺序给出表格的。例如B900NM，当N取0，N123034；当N取1，N119996；当N取2，N115002。根据MATLAB软件运行的结果，得到N
24、1和N2的取值范围见表41所示。表41平面光波导不同厚度下对应的有效折射率B/NMN11001537820017897300197694002094750021707151026002221816673700225771809280022838191759002303419996150021000231842062916096150023586223132007320002375122990216772325002383023328224653000238812352122909H/NMN2472脊宽W和有效折射率N3的确定当B和H确定之后，N1和N2便为定值，根据W的取值便可求出图46横向方
25、向上等效有效折射率N328。求解脊宽W和有效折射率N3的方法和确定内脊高B、外脊高H、有效折射率N1、N2的方法相同。将N1N3N1,N2N2,BW,N1N3代入式（428），再把通过计算得到的有效折射率代入TE模的平面波方程，然后根据MAXWELL理论，用牛顿割线法直接解出图49中波导层的有效折射率N3。其中不同宽度W所对应的N3见表42。表42取定B和H后不同宽度W对应的有效折射率N3W/NMN3B3000NMN223881H2000NMN123751200023770300023811400023834500023848B2500NMN223830H2000NMN123751300023
26、772400023789500023800600023807为了减少耦合损耗，希望脊形光波导横截面的形状较为方正，即尽量选择W与B接近的尺寸。此时的N1、N2、N3的取值，综合考虑我选取了当B3000NM，H2000NM，W3000NM，是较理想的结构参量。245OPTIWAVE软件仿真及结果分析51OPTIWAVE软件简介OPTIWAVE是加拿大国家实验室所开发的软件，主要应用于有源器件及无源器件，例如光放大器，半导体激光器、EDFA、光波导、光纤光栅等。OPTIWAVE系列包括光通讯系统和放大器设计软件（OPTISYSTEM）、有限差分时域光子模拟软件（OPTIFDTD）、波导光学设计软件
27、（OPTIBPM）、光纤设计软件（OPTIFIBER）、集成和光纤光栅设计软件（OPTIGRATING）等等。其中本课题采用OPTIBPM软件仿真。OPTIBPM用于设计复杂的光波导。光波导在光子设备中扮演者导波、耦合、开关、分束、复用和解复用光信号的重要角色。BPM（BEAMPROPAGATIONMETHOD），光束传播法，是OPTIBPM的核心，它是）是一步一步模拟通过任何波导介质中的光通道的方法。OPTIBPM软件可以模拟二维（2D）及三维（3D）的波导光传输。光场可以在任何时候进行跟踪，因为它走在集成光学和光纤指导结构传播。BPM允许电脑模拟的光场分布的观察，可以检查的辐射和引导外地同
28、时进行。OPTIBPM提供波导器件奠定了简单的数据输入，可以轻松地设计和配置各种设备模拟。图形化的项目布局是一个用户友好的图形界面设计光子器件。在OPTIBPM，模式求解与二维和三维的BPM算法的兼容。该求解器采用的方法有转移矩阵法（TMM）应用在多层平面结构的2D中；交替方向隐式法（ADI）应用在3D中；相关函数法（CFM）应用在2D和3D中。在仿真中用到ADI法，这种方法在一个迭代步骤中分成X和Y两个部分。该方法优于其他方法，因为其快速的收敛技术。ADI方法还提供了所有的传播常数和模式本征函数。为了找到最佳的条件，经常需要重复使用不同的设计参数的模拟。OPTIBPM能够通过参数扫描执行自动
29、的，循环式的计算。52OPTIBPM仿真流程OPTIBPM是一个功能强大的软件系统，可以建立一个综合性和各种光纤导波在计算机上设计的问题。它包括四个应用程序OPTIBPM布局设计（OPTIBPMLAYOUTDESIGNER）、轮廓设计（PROFILEDESIGNER）、OPTIBPM模拟器（OPTIBPMSIMULATOR）、OPTIBPM分析器（OPTIBPMANALYZER）。OPTIBPM流程图如图51所示，其中设计器主要包括三个工作过程，模拟器主要包括五个工作过程，分析器主要对数据进行分析。25图51OPTIBPM流程图53硫系玻璃脊形光波导的建模及仿真531建模依据脊形光波导的结构可
30、以分为三层，分别为覆盖层（N010），薄膜层（N124），衬底（N215）。其中，脊宽W3UM，内脊高B3UM，外脊高H3UM。覆盖层和衬底的厚度都为3UM。在对硫系玻璃脊形光波导理论分析和计算的基础上，通过OPTIBPM软件对它进行建模，根据结构参数所设计出来的仿真结构如图52所示图52仿真结构3UM3UM3UMHN010N124N2152UM3UM建立对象（布局）定义参数准备输入光场开始模拟更新H磁场更新E磁场DFT分析POST数据分析OPTIBPM模拟器OPTIBPM分析器次数NNEW,再点击“PROFILESANDMATERIALS”进行设置，先在MATERIALS下的DIELECTR
31、IC中新建两个FILM和SUBSTRATE，具体设置如图53，54所示图53薄膜材料设置图54基底材料设置再在CHANNEL下新建RINGWG，进行整体轮廓的设置，如图55所示。27图55整体轮廓的设置其次，关闭“PROFILEDESIGNER”界面，回到“INITIALPROPERTIES”界面，在这里可以设置DEFAULTWAVEGUIDE和3DWAFERPROPERTIES如图56，57所示图56默认波导设置28图57三维设置然后，点击“OK”，回到设计器界面。这时，选择波导按钮，再点击“REFINDEXN3DXYPLANEVIEW”，可以看到还未添加基底层时的三维XY平面图，如图58所
32、示。图58未添加基底层的三维XY平面图再点击添加基底按钮，再点击“ADD”按钮，出现下图，在THICKNESS中填入基底的厚度并在MATERIAL中选择材料，如图59所示。图59基底层设置最后，点击“OK”，出现下图，这是硫系玻璃脊形光波导的模型，如图59所示。图中不同颜色代表不同的折射率，例如红色区域是薄膜层，其折射率为24；蓝色区域是覆盖层（一般为空气），其折射率为10；绿色区域是基底层，其折射率为15。29图59脊形光波导模型仿真图54结果及分析541单模的光场分布及其模折射率1选择“SOLVINGSOLVEADI”，选择TE模式,点击“RUN”按钮。通过运行，得到下面的TE模式下的光场
33、分布，其模折射率为238062107，如图510所示。图510TE模式下的光场分布（2）选择“SOLVINGSOLVEADI”，选择TM模式,点击“RUN”按钮。通过运行，得到下面的TM模式下的光场分布。单模传输条件下的TM模光场分布，其折射率与TE模光场分布有所不同，其模折射率为237946644，如图511所示。30图511TM模式下的光场分布542多模的光场分布及其模折射率当模式数为2时，TE模式下基模和二阶模的光场分布如图512所示。此时，基模折射率为238062104，二阶模折射率为237104538。TM模式下基模和二阶模的光场分布如图513所示。此时，基模折射率为23794664
34、5，二阶模折射率为236739427。图512TE模式下的二阶模光场分布31图513TM模式下的二阶模光场分布当模式数为3时，运行以下程序得到TE模式下和TM模式下的三阶模光场分布如图514，515所示。从图中可以看出，程序经过三次迭代，每一次迭代都生成了基模、二阶模、三阶模的光场分布及其折射率。例如，TE模式下第一次迭代，基模折射率为239158601，二阶模折射率为238720901，三阶模折射率为238537336；TM模式下第一次迭代，基模折射率为239127122，二阶模折射率为238614752，三阶模折射率为238421662。PARAMMGREMPLOYDISPERSIONSC
35、ANDIMMODE_LOOP_VARIABLE,MODE_SCAN_VARIABLEFORMODE_LOOP_VARIABLE0TO2STEP1MODE_SCAN_VARIABLE10000000500000MODE_LOOP_VARIABLEPARAMMGRSETPARAM“SCANWAVELENGTH“,CSTRMODE_SCAN_VARIABLEPARAMMGRSIMULATEWGMGRSLEEP50NEXT图514TE模式下的三阶模光场分布32图515TM模式下的三阶模光场分布543不同厚度下的模折射率我选取了基底厚度从16UM开始，每增加01UM时，运行下面的程序可以得到TE模时的折
36、射率和TM模时的折射率，如表51所示FOREFT16TO2STEP01PARAMMGRSETPARAM“ETCHEDFILMTHICKNESS“,CSTREFTPARAMMGRSIMULATENEXT表51不同厚度下的折射率大小基底厚度TE模时的折射率TM模时的折射率1623776613323770248017237823007237746435182379115242378176721923797170423786804520238062107237946644总之，在脊形光波导模型下，折射率大小受基底厚度和模式的影响。随着厚度的增加，不管是TE模时的模折射率还是TM模时的模折射率都在递增。
37、336总结与展望本课题分析了硫系薄膜的特性，介绍了脊形波导的优势。本论文阐述了脊形光波导的等效结构，并对它的模型进行分析。通过采用有效折射率法对其结构参量进行理论分析，并结合牛顿割线法计算硫系玻璃脊形光波导传输单模光波时内外脊高B，H及脊宽W等结构参量,最终得到硫系玻璃脊形光波导的有效折射率。最后通过OPTIWAVE软件对硫系玻璃脊形光波导进行建模和仿真。本课题主要完成的工作1利用有效折射率法分析了脊形光波导的模型，并结合牛顿割线法借助于MATLAB软件计算出脊形光波导的内脊高B，外脊高H，脊宽W及有效折射率N1、N2、N3；2熟悉使用OPTIWAVE软件，对脊形光波导结构进行建模和仿真。三维
38、模拟能准确、迅速、形象地反映单模光波导的条件，通过仿真可以知道TE模和TM模的光场分布。由于时间的限制，本论文采用OPTIBPM软件完成了脊形光波导的三维结构仿真，后面还要继续完善的工作有1对硫系玻璃脊形光波导进行二维和高阶模的仿真；2通过OPTIBPM软件可以研究其他形状的光波导以及研究它们的光场分布等等。通过几个月的毕业设计下来，我觉得自己学到了很多新知识。我刚开始很迷茫觉得对所要做的课题一点都不了解，无从下手。经过导师的指点与建议，多方查找资料，深入理论知识的研究，慢慢地一点一点进入状态。在整个毕业设计过程中，我遇到了各种难题和困惑，例如中间要通过牛顿割线法进行MATLAB实现，算出有效
39、折射率。在MATLAB编程时，程序遇到了问题结果就是出不来。在经过董老师的悉心指导下，我得到了想要的结果。还有在使用OPTIWAVE软件进行仿真的时候，我一开始不知道具体要仿真出来的结果，整天熟悉软件，每一天操作软件或多或少会收获一点。但其间也遇到了问题，在陈老师的指导下，我最终得到了想要的结果。整个毕业设计这段时间是苦涩的，内心每一天都承受着煎熬，但在得到结果的那一刻内心是多么的激动，压在心底的石头终于没了。这段时间给我的大学生活留下了一段美好的回忆。34参考文献1MILLERSEINTEGRATEDOPTICSANINTRODUCTIONBELLSYSTEMTECHNICALJOURNAL
40、,1969,48205920612于荣金集成光学和光子学J光电子激光,1998,921621653唐天同，王兆宏集成光学M北京科学出版社，20051214FUXIGSTRUCTURE,PROPERTIESANDAPPLICATIONSOFCHALCOHALIDEGLASSESAREVIEWJJNONCRYSTSOLIDS,1992,1401841935石成利硫系玻璃的研究及应用J建筑玻璃与工业玻璃,200733386薛建强,徐曼,龚跃球,赵修建硫系玻璃的制备、特性及应用J光电子技术与信息,2003,16428317刘启明,赵修建,顾玉宗,黄明举,顾冬红,干福熹硫系GEASS玻璃和薄膜的特性J材
41、料研究学报,2002年4月,1621641678YINLANRUAN,WEITANGLI,RUTHJARVIS,NATHANMADSEN,ANDREIRODE,BARRYLUTHERDAVIESFABRICATIONANDCHARACTERIZATIONOFLOWLOSSRIBCHALCOGENIDEWAVEGUIDESMADEBYDRYETCHINGJOPTICSEXPRESS,2004514051459GOLOVCHAKR,KOZDRASA,GORECKIC,ETALGAMMAIRRADIATIONINDUCEDPHYSICALAGEINGINASSEGLASSESJJNONCRYSTSO
42、LIDS,2006,35242494960496310GOLOVCHAKR,SHPOTYUKO,KOZDRASAONTHEREVERSIBILITYWINDOWINBINARYASSEGLASSESJPHYSLETT,A,2007,3705650450811PHILIPSSSTRUCTUREOFLIQUIDSANDGLASSESINTHEGESEBINARYSYSTEMJJNONCRYSTSOLIDS,2007,35332402959297412GOLOVCHAKR,KOZDRASA,KOZYUKHINS,ETALHIGHENERGYRIRRADIATIONEFFECTONPHYSICALAG
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47、B软件中，求解有效折射率N1、N2、N3时所用的代码如下FUNCTIONFNIH_LAYER_E_RBETAGLOBALK2K1K0NDJNJBETA37KXSQRTNJNJK2K2KYSQRTK1K1NJNJKZSQRTNJNJK0K0FNPIATANKX/KYATANKZ/KYKYDJCLCCLEARALLCLOSEALLGLOBALK2K1K0NDJN0DJ3000E9N010N215N124LMD155E6K02PI/LMDK1K0N1K2K0N2BETA02388K0BETA1BETA0BETA2BETA1099991N1FORII11K0DII1001II138BETA1BETA0099993FBE1NIH_LAYER_E_RBETA1WHILEABSBETA2BETA1/K010E15FBE2NIH_LAYER_E_RBETA2BETA3BETA2BETA2BETA1FBE2/FBE2FBE1IFIMAGBETA30BETA3REALBETA3JIMAGBETA3ENDBETA1BETA2BETA2BETA3FBE1FBE2BETA0BETA2NN1IFN1000FPRINTFSORRYN,II,IIBREAKENDENDNEFFIIBETA0/K0END
