基于信号流程图理论的微环谐振腔特性分析

论文摘要

随着人们对信息的需求越来越多,提高光纤通信容量和速度已经成当前亟待解决的问题。大规模集成光学作为未来全光网络的重要组成部分,其发展无疑对这一问题的解决有着重大意义。微环谐振腔以其功能多样、结构简洁、集成度高等特点已经成为集成光学领域的研究热点。研究微环谐振腔最典型的方法是在麦克斯韦电磁方程组基础上发展起来的耦合模理论,这种方法无论是在空间还是在时间上都可以用数学方程来表示。但是在研究多环系统时显得比较繁琐,不利于实际应用。本文中运用了一种简便、直观的图示法——信号流程图法(SFG),对微环谐振腔的输出特性进行分析。本论文的主要工作是建立在基于传输矩阵法的通用参量模型基础上。首先,以全通型单环谐振腔为例介绍了信号流程图法(SFG)在光信号系统中推导功率传递函数的步骤,并分析了系统的谐振条件。其次,利用信号流程图法推导了平行信道单环、串联双环和并联双环谐振滤波器的系统传递函数。对于串联耦合结构,影响传输特性的主要是环与环间的耦合系数,通过模拟分析得出实现最大平坦输出波峰的临界耦合系数;对于并联结构,通过优化环与环间直波导的长度,实现下载端输出光谱的对称性。最后,对竖直信道单环谐振波分复用器的系统传递函数行进了推导,分析和讨论了耦合系数对于下载端输出光谱宽度、插入损耗以及信道间串扰的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微环谐振腔的研究意义和简介
• 1.2 微环谐振腔的基本结构和主要研究方法
• 1.3 微环谐振腔的研究现状
• 1.4 本论文的主要内容和结构安排
• 第2章 信号流程图理论及其应用
• 2.1 引言
• 2.2 信号流程图理论简介
• 2.2.1 信号流程图的组成
• 2.2.2 梅森增益公式
• 2.2.3 信号流程图的基本性质
• 2.3 信号流程图法分析单环全通型的微环谐振腔传输特性
• 2.3.1 输出端传递函数的推导
• 2.3.2 输出特性与谐振条件
• 2.4 本章小结
• 第3章 微环谐振滤波器传输特性的分析
• 3.1 引言
• 3.2 微环谐振滤波器传输光谱的性能参数
• 3.3 单环上下载型谐振滤波器传输特性的分析
• 3.3.1 传递函数的推导
• 3.3.2 特性分析与参数优化
• 3.4 串联双环上下载型谐振滤波器的特性分析
• 3.4.1 传递函数的推导
• 3.4.2 特性分析与参数优化
• 3.5 并联双环上下载型谐振滤波器的特性分析
• 3.5.1 传递函数的推导
• 3.5.2 特性分析与参数优化
• 3.6 本章小结
• 第4章 微环谐振波分复用器传输特性的分析
• 4.1 引言
• 4.2 竖直信道单环谐振波分复用器结构原理
• 4.3 传递函数的推导
• 4.4 特性分析与参数优化
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢