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光波导耦合模建模、仿真与器件设计

📚 共计 30 章节
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第1章
绪论：什么是耦合模理论？
历史渊源、在集成光学/微波工程中的核心地位，奠定全局认知。
概述背景
第2章
数学基础（一）：简谐振荡的复数表示
相位与传播常数，复数域分析工具，为后续推导铺路。
复数相位
第3章
数学基础（二）：模式的正交性与归一化
模式叠加原理，理解模式间独立性与能量守恒。
正交性归一化
第4章
理想波导中的模式
本征模、传播模与辐射模，单模与多模条件分析。
波导模式
第5章
微扰理论入门
为什么需要微扰？折射率微扰与几何微扰的物理图像。
微扰近似
第6章
耦合模方程推导（一）
从麦克斯韦方程组出发，引入微扰，建立基本方程。
推导麦克斯韦
第7章
耦合模方程推导（二）
同步条件与相位失配，耦合系数κ的定义与计算。
相位耦合系数
第8章
定向耦合器（一）
两根平行波导的耦合，对称情况下的解析解。
定向耦合器解析解
第9章
定向耦合器（二）
功率交换、耦合长度、3dB耦合器设计要点。
功率3dB
第10章
定向耦合器（三）
非对称波导耦合、模式转换与串扰分析。
非对称串扰
第11章
布拉格光栅（一）
周期性微扰、前向与后向模的耦合机制。
光栅周期
第12章
布拉格光栅（二）
反射谱、透射谱、禁带与慢光效应详解。
反射谱禁带
第13章
布拉格光栅（三）
啁啾光栅、相移光栅与滤波应用。
啁啾滤波
第14章
模间耦合
不同模式之间的能量交换、模式转换器原理。
模间转换器
第15章
多模干涉耦合器（MMI）
自映像原理与耦合模解释，器件设计基础。
MMI自映像
第16章
环形谐振腔（一）
行波与驻波模型、耦合模分析框架。
环形腔行波
第17章
环形谐振腔（二）
临界耦合、欠耦合与过耦合状态特性。
耦合状态Q值
第18章
时域耦合模理论（一）
从频域到时域，谐振腔的时域方程建立。
时域谐振腔
第19章
时域耦合模理论（二）
Q值、寿命与耦合系数关系，能量衰减分析。
Q值寿命
第20章
非线性耦合模（一）
Kerr效应、自相位调制与交叉相位调制。
非线性Kerr
第21章
非线性耦合模（二）
四波混频、孤子耦合与频率梳产生。
四波混频孤子
第22章
数值方法（一）
传输矩阵法（TMM）与耦合模的结合应用。
TMM数值
第23章
数值方法（二）
有限差分法（FDTD）验证耦合模结果。
FDTD验证
第24章
实战案例（一）
基于Python的定向耦合器仿真与参数扫描。
Python仿真
第25章
实战案例（二）
布拉格光栅反射谱的Python计算与绘图。
Python光栅
第26章
实战案例（三）
微环谐振腔的传输谱线拟合与Q值提取。
微环Q值
第27章
实战案例（四）
模式转换器的优化设计（粒子群算法）。
优化粒子群
第28章
实验对标
如何将耦合模理论结果与实验数据对比？
实验对标
第29章
前沿专题
拓扑光子学中的耦合模、非厄米与PT对称。
拓扑PT对称
第30章
课程总结与展望
耦合模理论的局限性与未来趋势，知识体系回顾。
总结展望