1、光波導薄膜厚度和折射率的測量有效折射率是表征光波導的重要參數，知道了有效折射率，才能計算波導的傳播常數， 進而根據光波導的色散方程計算波導介質的厚度、介電系數等其它參數。因此，通過測量光 波導的有效折射率計算波導波膜厚度和折射率對波導器件的設計具有十分重要的意義。實驗目的了解聚合物光波導結構，學習介質平板波導理論;掌握測量有機聚合物光波導有效折射率的方法；熟悉棱鏡耦合激發導模的實驗方法。實驗原理介質平板波導理論如圖1所示的三層平板波導的TM模色散方程可寫為:Kh = m 兀 + tan-1式中：頊 02 n2 -P 2)2p = 2 - k 2 n 2)2 0 2q = ( 2 - k 2 n

2、 2 ) 2 0 3其中P為傳播常數。+ tan-i(1)(2)(3)(4)L.Fig,1三層平板波導結構k o為真空中的波矢=2兀.項，人為實驗中所用激光的波長(*=65燮)。n1、因而測得了 nfff，便知道了傳播常數P。對于多模波導，若知道了三個模的P 便可聯立當模序數為m-1、m、m+1時的超越方程（1）， r（,、）n 2 qmk h = (m 1)n + tan -1f n2pI n2 K 2,七/ = (m + D 兀+ tan -1k h = m兀 + tan -1m-1、P m、Pm+1，| n 2 K2m-1+ tan -17m 件p | n2 K1:In 2K3mn 2

3、廿 + tan-1 1- (6)“ 2分別為波導薄膜、襯底（空氣）的的折射率，n3為覆蓋層（銀膜）的復折射率，n=-17。h為薄膜厚度。導模有效折射率*定義為:(5)求出波導薄膜的厚度h和折射率n1棱鏡耦合棱鏡耦合法是在波導中激發導模的一種重要方法。棱鏡耦合的原理如圖2所示。棱鏡耦 合條件為：k n sin 0 =。/ ? 棱鏡n/P“銀膜2 3J二一導波層n1襯底（空氣）n 2Fig.2棱鏡耦合原理圖本實驗中棱鏡的折射率n =1.75。當耦合條件滿足時，大部分能量進入波導，反射光強 P驟減，在反射屏上能觀察到一條彎曲的線，即m-line。這時就認為導模被激發了。實驗儀器半導體激光器、起偏器、

4、探測器、0 -20儀、計算機。實驗內容有效折射率測量的實驗方法Laser有效折射率的傳統測量方法是采用m-line方法。即通過用肉眼觀察到m線時記錄下角 度，即可計算得到有效折射率。但由于人眼誤差較大，且對于一些m-line不易被觀察到的 特殊情況（如波導損耗較大或光波波長較長等情況）m-line方法就不大有效了。本實驗中， 樣品被放置在旋轉臺上，用探測器測量反射光隨入射角0的變化函數。通過反射曲線的驟減 峰來判斷導模的激發。實驗光路布置如圖3所示。為了獲得較為精密的實驗數據，轉臺的轉 速及數據采集都由計算機來控制。0/2.0 goniometer需要注意的是，當轉臺以角速度轉動的時候，根據反

5、射定律，反射光線將以2轉動。也就是說，探測器將以2繞轉臺中心轉動。若無特殊機構，很難保證二者的同步。在本實 驗中采用的0 -20儀能很好的滿足上述要求。如圖4所示。圓臺實際上是由內圓臺和外圓 環構成，二者嚴格同心。樣品放置在內圓臺上，當內圓臺以轉動時，通過一系列機構帶 動外圓環以2轉動。探測器放置在外圓環上。從而保證了不論樣品轉動到了何處位置，始 終能準確的探測到出射光強的變化。Fig.4 0 - 20儀示意圖探測器即為普通的硅光電池。探測到的光強信號電壓一般為幾個毫伏，將這個信號經模 擬放大電路放大，再通過A/D轉換卡轉換成數字信號進行分析。數據經計算機采集并分析 之后能直接獲得棱鏡的耦合角0 p。從而可以根據公式n折=np sin9 ,計算導膜的有效折射 率。測量軟件的計算機界面如圖5所示：具體操作本實驗全部由軟件控制，以下就軟件控制實驗過程說明如下：首先將棱鏡自準，確定馬達打開后棱鏡向角度減小方向轉動；輸入棱鏡折射率。若回車則表示采用缺省值1.750；屏幕顯示命令鍵定義，回車則