本論文分析了以光束直接耦合至光波導的現象。光波導的模型包括了二維及三維的
情形，而入射光則包含雷射二極體，光纖及氣體雷射等不同的狀況。吾人以模態展
開法計算了光源與波導相連之介面上電磁場各成份的大小以計算其耦合效率。這種
方法雖然準確，但不太適用於複雜的三維結構。而如果加上適當的假設，耦合效率
便可近似地表成以下二者的乘積：入射光與光波導模態的重疊積分及光在經過不連
續介面時等效折射率。除了計算耦合效率以外，吾人也以此方法尋找了耦合時的最
佳位置及波導的最佳參數。而基於此方法的步驟，吾人也探討了具有薄層作用區的
雷射二極體與光波導間有一狹縫的情況下之光的性質。
幾何光學則是另一種分析多模態光波導的耦合現象的方法。吾人以此方法求出入射
光對矩形截面光波導的耦合條件。而由模擬之結果與以重疊積分法的結果相比較之
後，可以發現當入射光源及光波導皆足夠大時，幾何光學法的可靠性便十分顯著，
而其優點則為可節省大量計算時間。
吾人並對幾種可以改進耦合效率的特殊結構，提出分析。首先，以光線描跡法算出
光在尖型結構中的輻射損失，据以設計具有號角狀開口的波導結構的最佳圖樣，使
其可以很有效率地接收大模態範圍的入射光。另外一種改進耦合現象的方法是以聚
集透鏡將大模態範圍的入射光予以縮小，使其更接近較窄波導特徵模態，吾人在此
分析了透鏡的效果。最後，吾人提出了新的設計抗反射層的準則，以消除大部分的
反射光，並使整個系統穩定。
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