电磁场理论与光波导课内实验教学大纲

1《电磁场理论与光波导技术课内上机实验》教学大纲课程编号：B0402221S课内课时：6适用专业：光电信息工程一、所涉及的课程及知识点《电磁场理论与光波导技术》：电磁场数值方法基础，计算光子学基本方法，光波导技术，光纤光学等。二、目的与任务目的：本上机实验属于电磁场理论与光波导技术的课内实验，让学生能够更好的理解光波导技术的数值计算方法，能够利用相关计算光子学的工具分析设计简单的集成光学器件和光纤；配合学习过的电磁场理论与光波导技术理论课程，加深理解，培养实际应用能力。任务：本课内上机实验课题有6个课时，有六个课题给学生完成；学生必须自己研读参考书目，查阅资料，学习相关软件，完成相应课题。三、内容与要求课题一：简单二维光波导分析与研究（一）课题内容用光束传播法(BPM)研究基本的二维光波导，学习使用基本的CAD工具构建二维波导模型，定义入射光场，路径，数据观测器；研究分析获得的波导数据，改变相关参数，观察研究输出的变化。（二）课题要求（1）能够使用光子器件CAD工具；（2）建立光波导模型，光场，路径，数据观测器；（3）能够研究分析对应的光波导特性数据，讨论其物理原理。（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。课题二：多层结构光波导分析与研究（一）课题内容设计一个多层结构的脊型光波导，定义其折射率分布和材料构成；建立路径，激励光场，数据观测2器；研究分析其光场分布，特性，模式分布等数据。（二）课题要求（1）使用三维光子器件CAD工具建立脊型光波导；（2）建立路径，激励光场，数据观测器；（3）研究该模型的光场输出，模式分布，输出特性；改变参数研究其输出的变化，讨论其物理原理。（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。课题三：波导模式分析（一）课题内容使用迭代数值计算法研究光波导的模式，使用光子器件CAD工具建立二维和三维的条形光波导，研究其模场分布，迭代步长对输出的影响；研究此类模型的光场极化特性。（二）课题要求（1）建立二维和三维的光波导模型；（2）利用迭代法研究其模场分布特征；（3）研究其极化特性如何随着波导参数变化，讨论其物理原理。（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。课题四：单模光纤设计和特性研究（一）课题内容设计一种单模光纤，研究其色散特性，截止波长，模场分布；分析其极化模，极化模色散等光纤特性；结合光纤的物理原理讨论仿真结果。（二）课题要求（1）定义单模光纤的折射率分布，材料，材料色散特性;（2）分析研究其截止波长，模场分布，色散特性，极化模特性；（3）改变各种参数，根据光纤的基本物理原理讨论其特性的变化。3（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。课题五：色散位移光纤设计和分析（一）课题内容查阅资料，定义色散位移光纤的折射率分布，给出零色散位置；结合零色散抵消原理研究其结果随参数的变化，对某一零色散位置进行光纤参数的优化设计。（二）课题要求（1）定义色散位移光纤的折射率分布，材料，色散特性；（2）改变光纤参数研究其色散特性的变化，确定零色散位置；（3）对零色散位置进行光纤参数的优化设计。（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。课题六：色散平坦光纤分析与设计（一）课题内容根据色散平坦光纤的物理原理设计一种色散平坦光纤，确定其折射率分布，材料，材料色散；研究其色散，模式分布，偏振等特性。（二）课题要求（1）定义色散平坦光纤结构，折射率分布，材料，材料色散。（2）结合色散平坦的原理，研究其色散随光纤参数的变化。（3）研究这种光纤的模式分布，偏振等特性。（三）考核及报告要求1.考核根据学生平时的上机出勤情况、为上机所作的准备情况、上机时的表现、课题完成情况、验收答辩时的表现、报告的完成情况等综合打分。等级为：优秀、良好、中等、及格、不及格。2.报告要求4报告以电子版形式递交，要求书写规范、文字简练、语句通顺、图表清晰，见本大纲最后的一个课内实验报告样例。四、主要仪器设备硬件：微型计算机软件：Optifiber，Beamprop等五、教材及参考书教材王家礼，朱满座，路宏敏，《电磁场与电磁波》，西安：西安电子科技大学出版社，2009参考书【1】陈福深，杨拥军．集成光学器件导论．北京：机械工业出版社，2009【2】李玉权，崔敏编．光波导理论与技术．北京：人民邮电出版社，2002【3】Optiwave，RSoftDesignGroup.公司技术文档。六、说明无执笔人：倪新建审核人：关建飞实验院长：钱晨编写完成时间：2013.12.205附件：课内实验报告样例课内实验报告（格式：隶书，小初，居中对齐）姓名：×××学号：B0×××××××（格式：楷书，二号，加粗，居中对齐）20××年×月×日～20××年×月×日（格式：宋体，小二，加粗，居中对齐）目录（格式：黑体，四号，加粗，居中对齐，用分页符另成一页；目录正文：宋体，五号，1.25倍行距）第一章课内实验介绍（格式：宋体，三号，加粗，居中对齐，用分页符另成一页）简要介绍本课内实验的目的和任务。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）6第二章课内实验使用软件简介（格式：宋体，三号，加粗，居中对齐，用分页符另成一页）简要介绍实验用的软件。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）第三章课内实验的内容（格式：宋体，三号，加粗，居中对齐，用分页符另成一页）3.1课题名称（格式：宋体，四号，加粗）3.1.1设计题目及要求（格式：宋体，五四号，加粗）该部分可参考前面给出的问题描述再加以细化一些。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）3.1.2物理原理（格式：宋体，五四号，加粗）根据光波导，集成光学等原理知识阐述所研究模型的物理原理，建模的数学方法，使用的数值方法等。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）3.1.3建模分析过程（格式：宋体，五四号，加粗）给出研究的波导模型的建模操作过程，分析的过程；研究的方法，物理原理等。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）3.1.4分析研究结果（格式：宋体，五四号，加粗）根据波导模型的分析结果，探讨其特性，研究其物理原理；改变各种参数，研究其结果，给出物理解释；研究其可能的应用。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）第四章心得体会（格式：宋体，三号，加粗，居中对齐，用分页符另成一页）对本课内实验进行简单小结。可以包括:实验过程中的收获、遇到的问题，遇到问题解决问题过程的思考、建模分析过程中的思考，对该课程组织和考核方式的建议等。（正文格式：宋体，五号，1.25倍行距）执笔人：倪新建审核人：关建飞实验院长：钱晨