guide donda propagazione guidata modi. leggi di snell raggio incidente riflesso e rifratto sono...

23
Guide d’onda propagazione guidata modi

Upload: lino-mancini

Post on 01-May-2015

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Guide d’onda

propagazione guidata

modi

Page 2: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

n2

z

y

O

i

n1

Ai

ri

Incident Light BiAr

Br

t t

t

Refracted Light

Reflected Light

kt

At

Bt

BA

B

A

Ar

ki

kr

A light wave travelling in a medium with a greater refractive index (n1 > n2) suffersreflection and refraction at the boundary.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Page 3: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Leggi di Snell

• Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie.

• L’angolo di incidenza è eguale all’angolo di riflessione

• n1 sin 1 = n2 sin 2

Page 4: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 5: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Incidenza normale

• Per non si distinguono le due direzioni di polarizzazione

• r = (n1 – n2) / (n1 + n2) campo elettrico

• R = [(n1 – n2) / (n1 + n2)]2

Page 6: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Riflessione totale

Page 7: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

k i

n2

n1 > n2

t=90°Evanescent wave

Reflectedwave

Incidentwave

i r

Er,//

Er,Ei,

Ei,//

Et,

(b) i > c then the incident wavesuffers total internal reflection.However, there is an evanescentwave at the surface of the medium.

z

y

x into paper i r

Incidentwave

t

Transmitted wave

Ei,//

Ei,Er,//

Et,

Et,

Er,

Reflectedwave

k t

k r

Light wave travelling in a more dense medium strikes a less dense medium. The plane ofincidence is the plane of the paper and is perpendicular to the flat interface between thetwo media. The electric field is normal to the direction of propagation . It can be resolvedinto perpendicular () and parallel (//) components

(a) i < c then some of the waveis transmitted into the less densemedium. Some of the wave isreflected.

Ei,

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Page 8: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Riflessione totale

Page 9: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 10: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Salto di fase

Page 11: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 12: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Light

n2

A planar dielectric waveguide has a central rectangular region ofhigher refractive index n1 than the surrounding region which hasa refractive index n2. It is assumed that the waveguide isinfinitely wide and the central region is of thickness 2a. It isilluminated at one end by a monochromatic light source.

n2

n1 > n2

Light

Light Light

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Page 13: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

n2

n2

d = 2a

k1

Light

A

B

C

E

n

1

A light ray travelling in the guide must interfere constructively with itself topropagate successfully. Otherwise destructive interference will destroy thewave.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

z

y

x

Page 14: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Wilson&Hawkes: Optoelectronics and introduction Cap.8

Page 15: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 16: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Cutoff

Page 17: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Numero di modi singolo modo

Sopra il cutoff:

m /2 <= V –

m <= ( V – 2

Numero di modi

N = m + 1

Page 18: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

Costante di propagazione

• Il vettore d’onda k della radiazione che si propaga nella guida può essere scomposto in una componente parallela ed una perpendicolare all’asse ottico

• Detto m l’angolo del modo m, la componente parallela m (costante di propagazione) ed il corrispondente campo elettrico, sono dati da:

m = k sin m (2n1/) sin m

E(y,z,t) = 2Em(y) cos (t – mz)

Dove Em(y) rappresenta la distribuzione dei campo elettrico in direzione nperpendicolare all’asse per il modo di ordine m

Page 19: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

n2

Light

n2

n1

y

E(y)

E(y,z,t ) = E(y)cos(t – 0z)

m = 0

Field of evanescent wave(exponential decay)

Field of guided wave

The electric field pattern of the lowest mode traveling wave along theguide. This mode has m = 0 and the lowest . It is often referred to as theglazing incidence ray. It has the highest phase velocity along the guide.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Page 20: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo

y

E(y)m = 0 m = 1 m = 2

Cladding

Cladding

Core 2an1

n2

n2

The electric field patterns of the first three modes (m = 0, 1, 2)traveling wave along the guide. Notice different extents of fieldpenetration into the cladding.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Page 21: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 22: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo
Page 23: Guide donda propagazione guidata modi. Leggi di Snell Raggio incidente riflesso e rifratto sono complanari, in un piano normale alla superficie. Langolo