1、平板光波導(dǎo)是導(dǎo)波光學(xué)和集成光電子學(xué)中最基本的光學(xué)元件，其導(dǎo)模模場可以用嚴(yán)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(xué)模型來描述。本文中，我們以平板光波導(dǎo)的線光學(xué)模型和電磁場理論為基礎(chǔ)，主要研究以下兩個問題。 一、全反射中是否存在如法國科學(xué)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(diǎn)：一種是全反射的總時間延遲應(yīng)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(dǎo)的線光學(xué)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(dǎo)的線光學(xué)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(guān)于TM偏振光在負(fù)介電常數(shù)介質(zhì)的界面上全反射時出現(xiàn)的因果律佯謬，我們提出，由于光線的實(shí)際反射點(diǎn)并不是在兩介質(zhì)的分界面上，而是處于分

3、界面的前方?？紤]到這一點(diǎn)，我們修改了古斯一漢欣時間的表達(dá)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(dǎo)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(shí)際反射點(diǎn)，TM偏振光入射時仍然滿足因果律。第四，我們從平板波導(dǎo)中導(dǎo)模的群速出發(fā)，得到了古斯一漢欣時間的一般表達(dá)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(dǎo)耦合問題，提出入射光的相干時間將影響棱鏡波導(dǎo)耦合系統(tǒng)的反射率。通過引入自相關(guān)函數(shù)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(xiàn)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(dǎo)模階數(shù)對棱鏡波導(dǎo)耦合的影響，最后，用實(shí)驗證明了理論的正確性。以脈沖光的棱鏡波導(dǎo)耦合理論為基