基于平面光波导技术的光分插复用器的研究

论文题目: 基于平面光波导技术的光分插复用器的研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 李明

导师: 吴亚明

关键词: 硅基二氧化硅材料,平面光波导,波导布拉格光栅,光分插复用器

文献来源: 中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）

发表年度: 2005

论文摘要: 光通信网络发展的必然趋势是全光网,全光网的发展水平取决于光器件的进展。光分插复用器(OADM)是波分复用(WDM)系统的核心器件,是全光网发展到环形与网状结构的标志性器件。基于平面光波导技术的OADM具有体积小、成本低、性能高等优点,符合光器件集成化的发展方向。因此研究基于平面光波导技术的光分插复用器具有非常重要的意义。 本论文以OADM器件作为研究对象,在平面光波导与波导光栅的基本原理以及零耦合器OADM器件的基本原理与设计方法的基础上,主要研究了波导Bragg光栅辅助的耦合器型OADM器件的设计与优化以及OADM器件的实验制作。 论文首先研究了零耦合器型OADM器件的基本原理与设计方法,特别是Y分支的串扰特性与斜光栅的耦合特性。对于Y分支结构的理论分析,论文首次采用正交模式与波导模式相结合的方法。该理论简单、直观,计算结果与有限差分光束传播方法(FD～BPM)模拟结果相吻合。 论文首次提出了一种基于斜光栅辅助的对称耦合器型OADM器件。通过增强对称耦合器的两种正交模式在光栅区域模场分布的相似性,使斜光栅的自耦合作用与互耦合作用同时达到最优,从而保证OADM器件在输入与上载端口获得低的回波以及低的串扰。 论文首次提出一种降低CADM器件回波的回波峰值波长设计法。它利用WDM信号的特性,将器件的工作波长设计到WDM信道内,回波峰值波长设计到WDM信道外,使得器件的回波大大降低,工艺容差显著增加。它适用于不同类型的OADM器件,为实现高性能、大工艺容差的OADM器件的设计提供了一种可行的技术方案。 论文首次提出了基于斜光栅辅助的非对称耦合器型OADM器件的设计。它运用复合波导的三维正交模式,对器件的三种结构进行理论分析以优化结构,并运用回波峰值设计法,降低了器件的回波,扩大了器件的工艺容差。 论文在国内首先进行了UV写入波导Bragg光栅的实验,较为系统地研究了相

论文目录:

中文摘要

Abstract

第一章 引言

1.1 光通信的发展

1.1.1 波分复用(WDM)技术

1.1.2 全光网

1.2 集成光学

1.2.1 集成光学简介

1.2.2 集成光学的常用材料

1.2.3 二氧化硅光波导器件

1.3 二氧化硅材料光敏性的应用

1.3.1 光纤光栅

1.3.2 二氧化硅波导光敏性

1.4 光分插复用器

1.4.1 光分插复用器简介

1.4.2 分立型光分插复用器

1.4.3 集成型光分插复用器

1.5 基于耦合器型的集成OADM器件

1.5.1 马赫-策恩得干涉仪型OADM器件

1.5.2 方向耦合器型OADM器件

1.5.3 不对称耦合器型OADM器件

1.5.4 零耦合器型OADM器件

1.5.5 对称耦合器型OADM器件

1.6 本文的工作

1.6.1 本论文的目的

1.6.2 本论文的创新点

1.6.3 论文内容

第二章 二氧化硅光波导基本理论

2.1 硅基二氧化硅光波导简介

2.1.1 硅基二氧化硅波导类型

2.1.2 硅基二氧化硅波导制作方法

2.2 电磁理论基础

2.2.1 Maxwell方程组

2.2.2 波动方程

2.2.3 边界条件

2.3 三层平板介质光波导理论

2.3.1 TE模式

2.3.2 TM模式

2.3.3 归一化条件

2.4 五层平板介质光波导理论

2.4.1 五层对称平板介质光波导

2.4.2 五层非对称平板介质光波导

2.5 等效折射率法

2.6 有限差分光束传播方法

2.6.1 有限差分原理

2.6.2 非均匀介质二维波导方程

2.6.3 旁轴BPM

2.6.4 边界条件

2.7 UV写入波导光栅技术

2.8 波导光栅的耦合模理论

2.9 斜光栅

2.10 本章小结

第三章 光栅辅助波导耦合器型OADM基本原理与设计

3.1 光分插复用器的指标要求

3.2 零耦合器OADM原理

3.2.1 零耦合器

3.2.2 双模波导上的斜光栅

3.2.3 器件OADM的原理

3.3 零耦合器型OADM器件设计

3.3.1 零耦合器的设计

3.3.2 斜光栅的设计

3.3.3 OADM器件性能模拟

3.4 本章小结

第四章 OADM结构设计与改进

4.1 对称耦合器型OADM器件

4.1.1 器件结构与工作原理

4.1.2 绝热耦合器的设计

4.1.3 斜光栅的设计

4.1.4 器件性能与工艺容差分析

4.1.5 小结

4.2 回波峰值波长设计法

4.2.1 回波峰值波长设计准则

4.2.2 器件的设计与优化

4.2.3 器件性能与工艺容差分析

4.2.4 小结

4.3 非对称耦合器型OADM器件

4.3.1 器件结构与原理

4.3.2 器件的设计与优化

4.3.3 器件性能与工艺容差分析

4.4 本章小结

第五章 OADM器件的制作与测试

5.1 器件制作

5.1.1 版图设计

5.1.2 工艺流程设计

5.1.3 芯片制作

5.2 测试与讨论

5.2.1 测试系统

5.2.2 测试结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 总结

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文目录

致谢

个人简历

学位论文独创性声明

学位论文使用授权声明

发布时间: 2006-02-08

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