宽角增益光分路器的研究

论文摘要

随着光通信技术的迅速发展,光通信用增益光分路器以其高增益,低损耗,低成本的优势越来越受到人们的关注。由无源分束器和光放大器集成一体的增益光波导分路器,较之光纤放大器和光纤分路器具有更低的成本、更高的灵活性和更紧凑的结构,非常适合于光通信的应用。但是,由于传统的分路器的分叉角较小,造成了器件的长度过长、工艺集成困难等问题;因此,宽角增益光分路器的研究具有一定的实际意义。本文首先介绍了国内外低损耗大角度波导分支结构和增益光分路器的研究动态。接下来介绍了有限差分光束传播法的基本理论;并详细讨论了宽角三维有限差分束传播法的最新研究成果,推导出了其算法公式。应用MATLAB语言编写了二维和三维宽角有限差分光束传播法的相应程序,以光场的宽角传播为例,通过将模拟计算结果与理论分析结果相比较,验证了所编写程序的正确性。应用相位补偿原理分析了微棱镜结构的宽角Y分支光波导,并在此基础上根据SNELL定律提出了一种新型的大角度等功率分配三分支波导结构,应用所编写的宽角FD-BPM程序对不同微棱镜结构的宽角分支波导进行了二维与三维数值模拟仿真;之后将微棱镜结构的宽角Y分支与弯曲波导组成的宽角光分路器进行了二维仿真,结果表明在理论上用微棱镜结构来构造低损耗宽角度光波导分路器是可行的。应用半矢量有限差分方法,编写程序模拟出铌酸锂材料的Ti扩散波导和退火质子交换波导结构的模场分布。并在此基础上用重叠积分的方法分别对铌酸锂材料中热扩散掺铒的Ti扩散波导放大器和离子交换掺铒的退火质子交换光波导放大器的增益放大特性进行了研究和对比,发现采用离子交换法掺杂铒离子,可以增大模场与铒离子的重叠积分,从而有效提高光波导的增益。最后,对宽角增益光分路器整体结构进行了设计,并对在铌酸锂晶体中用离子交换法掺杂铒离子等实验工作进行了研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光波导分束器的发展历史
• 1.2 国内外光分束器研究的最新发展动态
• 1.3 本论文的主要工作
• 第二章 FD-BPM 算法的基本理论
• 2.1 FD-BPM 算法的基本理论
• 2.2 算法编程实现
• 2.3 程序验证
• 第三章 无源宽角光分路器的结构设计与数值仿真
• 3.1 分支波导的结构设计与仿真
• 3.2 弯曲波导的结构设计
• 3.3 无源光分路器的设计与模拟仿真
• 3波导的增益特性研究'>第四章 LINBO₃波导的增益特性研究
• 4.1 波导中的模场分布
• 3中ER³⁺的能级模型'>4.2 LINBO₃中ER³⁺的能级模型
• 4.3 速率方程与传输方程
• 3波导增益特性模拟分析'>4.4 LINBO₃波导增益特性模拟分析
• 第五章 宽角增益光分路器的实验研究
• 5.1 材料的选择
• 5.2 制作方法的选择
• 5.3 宽角增益光分路器的整体结构设计
• 5.4 实验过程
• 第六章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 宽角三维 FD-BPM 算法程序
• 在学期间的研究成果