武汉理工大学《光电子技术》课程设计说明书
为表面波。在毫米波与亚毫米波波段，因金属波导管的尺寸太小而使损耗加大和制造困难。这时使用表面波波导，除具有良好传输性外，主要优点是结构简单，制作容易，可具有集成电路需要的平面结构。表面波波导的主要形式有：介质线、介质镜像线、H-波导和镜像凹波导。
波导（waveguide）用来引导电磁波的结构。因此，在广义的定义下，波导不仅是指空金属管，同时也包括其他波导形式如脊形波导、椭圆波导、介质波导等；还包括双导线、同轴线、带状线、微带和镜像线、单根表面波传输线等（下图）。如不附加说明，一般说到波导就是指空心金属管。根据波导横截面的形状不同，可分为矩形波导、圆波导等。尽管已存在很多不同波导形式，且新的形式还不断出现，但直到目前，在实际应用中矩形波导和圆波导仍是两种最主要的波导形式。
电磁波在波导中的传播受到波导内壁的限制和反射。波导管壁的导电率很高（一般用铜、铝等金属制成，有时内壁镀有银或金），通常可假定波导壁是理想导体，波导管内的电磁场分布可由麦克斯韦方程组结合波导的边界条件来求解。波导管内不能传输TEM波，电磁波在波导中的传播存在着严重的色散现象。波导中可能存在无限多种电磁场的结构或分布，每一种电磁场的分布称为一种波型（模式），每一种波型都有对应的截止波长和不同的相速。横截面均匀的空心波导称为均匀波导，均匀波导中电磁波的波型可分为电波（TM模）和磁波（TE 模）两大类。
1.2 均匀介质薄膜波导
薄膜波导也称平面介质波导，其结构如图所示，是由两层低折射率介质膜和中间夹有的一层高折射率介质膜所组成的三层结构。中间一层称为芯层，折射率为n1，是光波传播的通道，下面一层称为衬底，折射率为n2，上面一层称覆盖层，折射率n3。上下两层都是限制光线的阻挡层。为了保证光线在芯层的传播，必须要求n1大于n2 和n3，一般设定n1＞n2 ＞n3。
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x n3 复盖层 n1 芯层
??z n2 衬底
波导光线
均匀介质波导的芯层光线沿直线传播，经与上下界面的反射和折射，形成锯齿形光线。光线可分为两种，满足全反射条件的光线，始终被束缚在芯层内，称为束缚光线或导波光线，未满足全反射条件的光线称为折射光线或辐射光线，这种光线可穿过界面进入衬底或覆盖层。 导波条件
假定芯层的锯齿形光线向z方向传播，但是局部光线的指向却有上倾和
?K??n1K0cos?K下倾两种可能，即波矢量不是唯一确定的，其x方向分量1x?K?n1K0sin?K具有双值不确定性。然而的z分量1z却是唯一确定的，而且在一条光线的传播过程中始终保持不变以，这是一个重要的不变量，以?表示，称为传播常数。因而
??n1K0sin??n1K0cos?
须满足以下条件
（1）
因为导波光线必须满足界面反射条件，即sin?＞n2/n1，所以传播常数?必＞n2K0 （2）
???/K0上式被称为导波条件，适用于多种类型的波导。有的文献定义参数
n为有效折射率(或用eff表示)，因而导波条件也可表示为
n1K0＞?n1＞?＞
n2 （3）
均匀介质波导的缺点是存在多模色散问题，即不同光线之间存在传播时间差。锯齿形光线的传播时间为，其中z为传播距离，?为光线与z轴的夹角，因为受到全反射条件的限制，n2/n1＜cos?＜1，所以导波光线之间的最大时间差
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可表示为
n 1 z n 1 n 1 ? (4)
?t?
c(n2?1)?cz为了克服多模色散问题，出现了特殊设计的非均匀介质波导。
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2．Rsoft CAD软件介绍
RSoft是一款非常实用的光波导仿真软件。其中包含了BPM,FDTD,FEM等多种算法，使得它能够适用于各种不同要求场合。本课程主要使用RSoft算法集中的BPM算法对光波导和简单光波导器件进行仿真计算，从而对光在波导中的传输有一定得了解。
BeamPROP 是一个高度集成了计算机辅助设计和模拟仿真的专业软件，专用于设计集成光学波导元件和光路。此软件由美国RSOFT公司出品，1994年投入市场，被学院及产业公司的开发设计人员广泛使用。此软件使用先进的有限差分光束传播法来模拟分析光学器件。用户界面友好，分析和设计光学器件轻松方便。其主程序为一套完善的用于设计光波导元件和光路CAD设计系统，且可控制相关的模拟参数，如：数值参数、输入场以及各种显示、分析功能选项。另一功能为模拟程序，它可以在主程序内或独立执行模拟分析工作，以图形方式显示域的特性及用户感兴趣的各种数值特性。
Rsoft 软件界面介绍
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File：新建、打开、保存、打印、输出GDS2 等格式文件。 Edit：复制、粘贴、剪切、旋转、转换成多边形、平坦化。 View：全局视图、放大、缩小。 Option：选项设置、全局设置。 Run：计算
快捷按钮介绍如下。包括基本操作按钮、画图按钮、数据查看与仿真按钮。
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