聚合物阵列波导光栅的温度特性和无热化

论文摘要

本论文阐述了阵列波导光栅（AWG）器件的参数优化和结构设计方法并对圆滑类梯形波导截面AWG进行了参数修正,重点分析了全聚合物AWG和硅基聚合物/SiO2混合材料AWG的温度特性,通过参数优化设计出上述两种无热化AWG器件。本论文的主要创新点概括如下:1、应用双曲正切函数和费米函数对圆滑类梯形截面进行了“等效矩形”模拟。考虑到经过反应离子刻蚀和侧壁蒸汽回溶后得到的波导截面一般为圆滑类梯形截面,我们应用微扰法对其进行微扰分析,并分析了圆滑类梯形截面对AWG器件性能的影响。在此基础上,对AWG的参数进行了修正。2、设计了对称性和非对称性两种无热化全聚合物AWG。在对硅基聚合物AWG温度特性分析的基础上,给出了实现其无热化的方法。即应用聚合物做衬底取代原来的SiO2衬底,提高了AWG的热稳定性。同时,通过对这种全聚合物AWG参数的优化,设计出了无热化全聚合物AWG。3、设计了硅基聚合物/SiO2混合材料AWG。在对硅基SiO2AWG温度特性的分析的基础上,给出了实现其无热化的方法。即应用聚合物做上包层取代原来的SiO2上包层,提高了AWG的热稳定性。同时,通过对这种硅基聚合物/SiO2混合材料AWG参数的优化,设计出无热化硅基聚合物/SiO2混合材料AWG。

论文目录

• 提要
• 第一章 绪论
• 1.1 波分复用技术
• 1.1.1 波分复用技术的发展
• 1.1.2 波分复用技术的基本原理
• 1.1.3 密集波分复用技术的特点
• 1.1.4 波分复用/解复用器的种类
• 1.2 阵列波导光栅（AWG）波分复用器件
• 1.2.1 AWG 波分复用器的发展
• 1.2.2 AWG 波分复用器的基本结构
• 1.2.3 AWG 波分复用器的研究现状
• 1.2.4 AWG 的性能及改进方法
• 1.3 无机AWG 波分复用/解复用器
• 1.3.1 无机AWG 的发展
• 2 AWG'>1.3.2 Si 基SiO₂AWG
• 1.3.3 SOI AWG
• 1.3.4 InP基AWG
• 1.4 聚合物AWG 波分复用/解复用器
• 1.4.1 聚合物AWG 的发展
• 1.4.2 聚合物氟代、氘代聚甲基丙烯酸酯AWG
• 1.4.3 聚合物氟代聚酰亚胺 AWG
• 1.4.4 聚合物可交联含氟聚芳醚和聚芳硫醚 AWG
• 1.4.5 聚合物氘代、氟代聚硅氧烷AWG
• 1.5 AWG 复用/解复用器的应用
• 1.5.1 复用/解复用器
• 1.5.2 波长路由器
• 1.5.3 光分插复用器
• 1.5.4 多波长光源
• 1.5.5 波长选择器
• 1.5.6 多波长接收器
• 1.5.7 多信道均衡器
• 1.5.8 可重构光分插复用器
• 1.6 AWG 的无热化
• 1.6.1 波导嵌入补偿型
• 1.6.2 双金属片应力补偿
• 1.6.3 热膨胀移动输入波导位置
• 1.6.4 负热光系数波导材料温度补偿
• 1.7 本论文的主要工作及创新点
• 1.7.1 本论文的主要工作
• 1.7.2 主要创新点
• 第二章 阵列波导光栅（AWG）的基本理论
• 2.1 光在对称三层平板波导中的传输
• 2.1.1 对称三层平板波导的结构模型
• 2.1.2 TE 导模的场分布函数、特征方程和传输功率
• 2.1.3 TM 导模的场分布函数、特征方程和传输功率
• 2.2 光在矩形波导中的传输
• 2.2.1 对称三层平板波导的结构模型
• mn^y 导模'>2.2.2 矩形波导的 E_mn^y导模
• mn^x 导模'>2.2.3 矩形波导的 E_mn^x导模
• 2.3 AWG 的基本原理
• 2.3.1 罗兰圆工作原理
• 2.3.2 AWG 工作原理
• 2.3.3 光栅方程
• 2.3.4 角色散方程
• 2.3.5 自由光谱区（FSR）
• 2.3.6 波长分配原理
• 2.4 AWG 的光传输特性
• 2.4.1 输入平板波导中的衍射远场和功率分布
• 2.4.2 输入平板波导的衍射效率
• 2.4.3 输出平板波导中的衍射远场和功率分布
• 2.4.4 输出平板波导的衍射效率
• 2.4.5 传输光谱
• 2.5 AWG 的损耗特性和串扰特性
• 2.5.1 输入平板的衍射损耗
• 2.5.2 输出平板的衍射损耗
• 2.5.3 波导弯曲损耗
• 2.5.4 串扰特性
• 2.5.5 偏振相关性
• 2.5.6 3-dB 带宽
• 2.6 小结
• 第三章 AWG 波分复用/解复用器的优化和设计
• 3.1 AWG 的参数优化
• 3.1.1 信道波导及阵列波导的尺寸和间距
• 3.1.2 相邻阵列波导长度差、平板波导焦距和 FSR
• 3.1.3 信道波导数和阵列波导数
• 3.2 AWG 的结构设计
• 3.2.1 阵列波导的几何参量
• 3.2.2 信道波导的几何参量
• 3.2.3 版图中波导曲线的坐标
• 3.3 AWG 的传输特性
• 3.3.1 AWG 的衍射远场和功率分布
• 3.3.2 FSR
• 3.3.3 解复用光谱
• 3.3.4 串扰
• 3.4 损耗特性
• 3.4.1 输入平板波导的衍射效率和衍射损耗
• 3.4.2 输出平板波导的衍射效率和衍射损耗
• 3.4.3 波导的弯曲损耗
• 3.4.4 高折射率衬底引起的泄漏损耗
• 3.4.5 传输损耗
• 3.4.6 AWG 总的插入损耗
• 3.5 小结
• 第四章 圆滑类梯形截面波导 AWG 的模拟
• 4.1 微扰分析
• 4.2 双曲正切函数模拟
• 4.2.1 双曲正切型截面波导
• 4.2.2 AWG 器件性能的影响
• 4.2.3 AWG 的参数优化
• 4.3 费米函数模拟
• 4.3.1 费米型截面波导
• 4.3.2 AWG 器件性能的影响
• 4.3.3 参数优化
• 4.4 小结
• 第五章 AWG 的温度特性与无热化
• 5.1 AWG 的温度特性和无热化条件
• 5.2 硅基聚合物AWG 的温度依赖性
• 5.3 全聚合物AWG 的无热化
• 5.3.1 对称式全聚合物AWG的温度依赖性
• 5.3.2 非对称式全聚合物 AWG 的无热化
• 2 AWG 的温度依赖性'>5.4 硅基SiO₂ AWG 的温度依赖性
• 2 混合材料AWG 的无热化'>5.5 硅基聚合物/SiO₂ 混合材料AWG 的无热化
• 5.6 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文及科研成果
• 摘要
• Abstract
• 致谢