①与光源或其它器件的耦合都比较容易实现；

②只传输基模一个模式，不存在不同的模式之间的相互串扰问题；

③单模传输，不存在不同模式间的时延。

对于光波导器件，其与其它有源或无源器件的耦合损耗是评判其性能的一个重要指标。各类耦合方法中，对于模场分布的匹配都有一定的要求，其中的直接耦合，对模场面积更是有较高要求，否则会出现大的失衡损耗[8]。但是同时，大的模场面积很容易使高阶模在波导中稳定存在，难以使其工作在单模状态。如何在这对矛盾中找到一个平衡点，既实现单模传输，又保证较大的模场面积，是本文的重点。

对于平板波导，要使其工作在单模状态，其芯层厚度通常只允许1-2um，这与单模光纤通常8um的直径相比显得较小，相互连接时，会存在较大的不匹配损耗。在单模大模场理论的研究中，脊形波导一直扮演者一个重要的角色，对其单模条件的研究从未停止。脊形波导的结构一般只由三个参数共同决定，即脊宽w，内脊高H，和外脊高h，示意图如图1。1。三个结构参数的合理选择，可以实现在单模传输的前提下增大模场面积的目的。

图1。1  脊形波导横截面

但是在单模的临界条件附近时，尺寸的细微改变，就可能会对波导中的模式分布产生很大的影响。例如在H和h都固定的情况下，若单模工作的临界脊宽记作，宽度比小就可以单模传输，比大就是多模工作，脊宽为时与临界点的模场分布将会有很大的不同。对不同材料制备的光波导的工作在单模状态条件的判断更是有很大的不同。因此，对于更精确的脊形波导单模判据的研究从未停止过，基于有限元法、模式匹配法等方法对各类波导的单模截止条件的分析经常在波导设计中被使用，尤其在近年来各类计算机辅助的仿真软件发展起来后，单模判据更是越来越精确。

1。3  本论文的主要工作

第一章的绪论简要介绍了光波导技术的研究背景及聚合物材料的优点，叙述了单模大模场面积波导的发展历史，并简述全文内容。

第二章概述光波导基础，介绍分析光波导的两个常用方法，即几何光学与波导模式、波动光学，简要介绍模式匹配法等常用的光波导分析方法的原理，并综述了目前常用的制作光波导的原材料与制作工艺。

第三章是本文的重点，理论分析平板波导与脊形波导工作在单模状态的结构要求，分析并仿真平板波导的有效折射率与能量分布随平板厚度的变化规律；利用COMSOL软件仿真脊形波导的三个结构参量对单模条件、基模有效折射率、模场面积的影响，并介绍优化脊形波导结构的几个注意点，最后分析梯形波导下脊宽对其基模有效折射率和模场面积的影响。

第四章简要介绍单模大模场面积波导在平板波导激光器中的应用。

2  光波导基础

2。1  光波导理论基础

光波导元器件的最根本功能就是束缚光，使光波可以在其内部沿轴线方向传播。其中，最为简单的就是平板波导，它也是组成其它功能性波导器件的基础。因此，对于平板波导的详细分析显得非常重要。对于光波导的分析，最常见的两个方法是：几何光学方法和波动光学方法。文献综述

在几何光学方法中，一般情况下入射波长远小于器件的几何尺寸，所以近似认为0，也就是把光波看做带箭头的射线，从而分析光在传输时的各个特性。光从本质上来说也是电磁波，以Maxwell方程为基础推导出的电磁理论同样适用于研究光的传输特性，也就是波动光学[9]。