古斯—漢欣位移和超短光脈沖的棱鏡波導耦合研究.pdf

1、平板光波導是導波光學和集成光電子學中最基本的光學元件，其導模模場可以用嚴格的麥克斯韋電磁理論來求解，也可由簡單而又直觀的線光學模型來描述。本文中，我們以平板光波導的線光學模型和電磁場理論為基礎，主要研究以下兩個問題。 一、全反射中是否存在如法國科學家Turnois所提出的因果律佯謬以及由此引起的古斯一漢欣時間是否存在。目前存在兩種截然不同的觀點：一種是全反射的總時間延遲應包含古斯一漢欣時間，并且始終遵守相對論中的因果律；另一種是

2、全反射中的總時間延遲不包含古斯一漢欣時間，存在著違反相對論的因果律佯謬。我們首先從平板波導的線光學模型和電磁場理論入手，證明在全反射中只有包含古斯一漢欣時間，平板波導的線光學模型才和電磁場理論完全自洽，這樣就間接證明了古斯一漢欣時間的存在，同時也解決了Gires-Toumois干涉儀中的因果律佯謬問題。其次，關于TM偏振光在負介電常數介質的界面上全反射時出現的因果律佯謬，我們提出，由于光線的實際反射點并不是在兩介質的分界面上，而是處于分

3、界面的前方。考慮到這一點，我們修改了古斯一漢欣時間的表達式，修改后的古斯一漢欣時間始終是正的。因此，這類全反射也不存在因果律佯謬。第三，對于在理想無吸收等離子鏡面上的全反射，我們利用平板波導證明了全反射的總時間延遲恰好是群延遲時間和古斯一漢欣時間之和。同時，考慮到光線的實際反射點，TM偏振光入射時仍然滿足因果律。第四，我們從平板波導中導模的群速出發(fā)，得到了古斯一漢欣時間的一般表達式。并且證明了在任何情況下，全反射的總時間延遲始終為群延遲

4、時間和古斯一漢欣時間之和。因此，全反射始終遵守相對論中的因果律。二、研究了超短光脈沖的棱鏡波導耦合問題，提出入射光的相干時間將影響棱鏡波導耦合系統(tǒng)的反射率。通過引入自相關函數來描述入射光的相干性，我們得到了適用于超短脈沖和其他部分相干光的反射率公式。在新公式中，出現了相干損耗，這是由入射光有限的相干時間引起的。我們以飛秒脈沖為例，討論了相干時間和導模階數對棱鏡波導耦合的影響，最后，用實驗證明了理論的正確性。以脈沖光的棱鏡波導耦合理論為基