聚合物电光波导调制器的研究

论文题目: 聚合物电光波导调制器的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 物理电子学

作者: 刘子龙

导师: 王又青,朱大庆

关键词: 非线性光学,聚合物,电光调制,包层调制,半波电压,带宽,偏振敏感性,优化设计

文献来源: 华中科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 聚合物电光调制器具有卓越的性能和潜在的巨大应用前景,因此自上世纪九十年到以来就开始受到人们的广泛关注。迄今,由于材料研究方面的进展,聚合物调制研究已经取得了巨大进步,但是仍然存在诸如器件稳定性问题和高损耗问题。为了降低器件损耗,作者提出了一种所谓“包层调制”的方法,即高损耗的电光聚合物材料被用于波导的包层,而其芯层则使用低损耗的非电光的有机或无机材料,由于线性电光效应,信号电场在包层中与其中的光导模消逝场发生耦合,将信号场的能量搭载到光载波上,从而实现信号调制。由于包层中弱的导模功率,因此可以预期包层调制下的材料光损耗是可以降低的,理论分析表明损耗降低到原来的1/3 左右。通过优化设计与分析发现适当降低波导芯层的尺寸可以弥补因包层调制引起的调制效率的下降。文中还阐明了这种包层调制有助于降低器件的半波电压。本文推导了有关电光调制器半波电压和3dB 光学带宽的理论设计公式。这些公式能够综合反映器件的电极导体损耗、阻抗失配以及微波信号和光载波之间的相速度失配所造成的影响,因此他们优于目前文献中给出的计算公式。文中也具体讨论了这些因素对器件半波电压和带宽设计的影响程度。鉴于信息技术的飞速发展和人们对通讯带宽无止境的追求,而且实际上光通讯系统带宽的瓶颈在电光调制,因此对调制器带宽的需求也越来越迫切。为此本文设计了一种新型的具有超高带宽的聚合物调制器。其电极设计结合了嵌入式微带结构(i.e.微带线的上导体带条被嵌入到包层材料中)以及梯形或T 字型结构,前者能够提供微波和光载波之间完美的速度匹配,而后者则在降低导体损耗方面具有潜力,因此两者的结合既实现了完美的速度匹配又有效降低了电极导体损耗,从而使得器件的调制带宽提高了2~3 倍。考虑到电光调制器一般都是偏振敏感的,这将限制器件在光纤通讯系统中的应用。为此本文提出了一种基于TE/TM 模式转换的偏振不敏感的聚合物电光调制器,它是由两段微带线中间接TE/TM 转换器构成。由于模式转换,无论输入的是TE 偏振模还是TM 模,在调制器中受到调制的始终包含TE 和TM 两种偏振模,这就为偏振无关的调制提供了可能。文中从理论上表明了这种器件的偏振无关特性,同时还讨论了模式的转换效率对器件性能如小信号调制深度和消光比的影响。结果表明偏振模式

论文目录:

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 光调制器在集成光路中的地位

1.2 光调制的基本概念和调制器的种类

1.3 聚合物电光调制器的优势与不足

1.4 聚合物电光调制器的研究进展

1.5 聚合物电光调制器的应用

1.6 本研究的意义和主要内容

2 极化聚合物及其电光效应

2.1 有机分子的结构和光学非线性起源

2.2 有机分子超极化率β和宏观二阶非线性χ(2 ) 之间的关系

2.3 极化聚合物的电光效应

2.4 电光聚合物的极化技术

2.5 本章小结

3 包层调制的聚合物电光波导调制器研究

3.1 引言

3.2 包层调制的概念

3.3 矩形波导和微带线的设计方法

3.4 包层调制聚合物电光调制器的理论分析与优化设计

3.5 本章小结

4 电极导体损耗对聚合物调制器半波电压及调制带宽的影响

4.1 引言

4.2 高频调制下的半波电压

4.3 调制器的3-dB 光学调制带宽

4.4 结果与讨论

4.5 本章小结

5 一种新型超高带宽聚合物波导电光调制器的设计

5.1 引言

5.2 设计方法

5.3 器件结构

5.4 电极设计和结果分析

5.5 本章小结

6 偏振不敏感的聚合物波导电光调制器

6.1 引言

6.2 极化诱导的双折射效应(Birefringence Induced by Poling)

6.3 TE/TM 模式转换器

6.4 偏振不敏感的聚合物电光调制器

6.5 本章小结

7 全文总结

7.1 全文的主要内容

7.2 本文的创新点

致谢

参考文献

附录 攻读博士学位期间取得的成果

发布时间: 2006-04-05

参考文献

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