论文题目: 平面波导光耦合器及基于耦合器的光器件的研制
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 肖悦娱
导师: 何赛灵
关键词: 耦合器,星形耦合器,多模干涉耦合器,平面波导传感器,波分复用,解复用器
文献来源: 浙江大学
发表年度: 2005
论文摘要: 光波作为信息的载体,在信息的传输、显示、存储及检测等应用领域发挥着越来越重要的作用,特别是近几年迅速发展起来的光通信技术,大大的推动了光器件的研究。本文以设计出插入损耗低、输出光场或频谱分布理想的新型光波导器件为目标,在理论上提出了一些模拟计算及优化设计的新方法的基础上,设计了四种新型的平面波导耦合器及基于耦合器的光器件,并进行了相关的实验。 首先研究了光器件的模拟与设计方法:(1)提出了基于广角有限差分光束传输法(FD-BPM)的完美匹配层(PML)边界条件,提高了数值模拟的精度;并建立了平面光波导器件的模拟计算平台。(2)对于大规模光器件,首次将传输矩阵法与数字信号处理(DSP)设计相结合的光滤波器设计思想,引入到阵列波导光栅(AWG)和光纤光栅(FBG)的设计中,并建立了它们的DSP模型。 其次进行了平面波导耦合器的设计和实验研究。在功分器方面:(1)对玻璃基1×8树形功分器进行了研制,并得到了初步的实验结果。(2)为了提高玻璃基多模干涉(MMI)耦合器的性能,提出了基于三维精确模式分析法(3D-EMA)的优化设计方法。设计出的玻璃基MMI功分器的均匀性显著提高,同时插入损耗降低。(3)提出了N×N平面波导星形耦合器的一些新的设计思想和优化方法,并设计出了一种新型的17×17星形耦合器,其均匀性提高到了0.17dB。在传感器方面:(1)提出了一种基于双模干涉(TMI)耦合器的平面波导型传感器,并通过对其结构的优化,将其响应的线性误差降低到了0.01。(2)进行了硅基二氧化硅传感器的实验制作和测试,得到了一些阶段性的实验结果。 接着在基于耦合器的新型光器件的研究中,利用了传输矩阵和DSP相结合的方法,并首次将遗传算法及混合梯度遗传算法等优化方法引入到级联Mach-Zehnder干涉仪型滤波器的设计中。设计出了频谱响应与理想频谱相当接近的对称/非对称分叉复用器(Interleaver)以及EDFA增益平坦滤波器。 最后研究了基于MMI耦合器的波分复用/解复用器:(1)提出了一种新的设计方法,即从有限脉冲响应(FIR)滤波器的角度对波分复用/解复用器的频谱作整体的分析和设计,从而使频谱更容易得到控制。(2)在此基础上,首次通过连接级联高阶MMI滤波器以及添加前置M-Z干涉仪滤波器的方法,设计出了一种
论文目录:
摘要
Abstract(英文摘要)
目录
第一章 绪论
1.1 课题目的和意义
1.2 国内外研究状况和进展
1.2.1 平面集成光波导技术的现状及前景
1.2.2 平面波导耦合器的现状和前景
1.3 本论文的主要内容
1.4 参考文献
第二章 光波导回路的数值模拟方法
2.1 光波导模式计算
2.1.1 二维平面波导
2.1.2 三维波导
2.2 波束传播法(BPM)
2.2.1 标量、近轴BPM
2.2.2 广角BPM
2.2.3 全矢量BPM
2.2.4 BPM方程的数值解法与新型边界处理方法
2.3 传递矩阵法分析大规模光路
2.3.1 传递矩阵法
2.3.2 DSP法设计光滤波器
2.3.3 两种常用滤波器的DSP描述
2.4 本章小结
2.5 参考文献
第三章 集成波导型功分器的研制
3.1 玻璃基树形功分器的设计与制作
3.1.1 离子交换波导的原理
3.1.2 二次离子交换波导折射率分布的建模
3.1.3 功分器的设计
3.1.4 功分器的实验制作与测试
3.2 玻璃基多模干涉功分器的优化
3.2.1 引言
3.2.2 MMI耦合器的原理
3.2.3 MMI耦合器的性能分析
3.2.4 玻璃基MMI耦合器的优化方法与设计实例
3.3 平面波导星形耦合器的优化设计
3.3.1 引言
3.3.2 结构与模型
3.3.3 设计思想和优化方法
3.3.4 新型的17×17星形耦合器的设计
3.3.5 可扩展性
3.4 本章小结
3.5 参考文献
第四章 平面波导型传感器的设计与制作
4.1 引言
4.2 TMI折射率传感器的原理
4.2.1 满程设计
4.2.2 非满程设计
4.3 TMI折射率传感器的设计
4.3.1 结构设计
4.3.2 参数设计
4.4 平面波导型传感器的制作与测试
4.4.1 制作工艺流程
4.4.2 关键工艺分析
4.4.3 平面波导型传感器的制作与测试
4.5 本章小结
4.6 参考文献
第五章 级联M-Z干涉仪的应用
5.1 级联M-Z干涉仪的DSP描述
5.1.1 级联M-Z干涉仪概述
5.1.2 级联M-Z干涉仪的DSP表示
5.1.3 级联M-Z干涉仪滤波器的设计方法
5.2 分叉复用器(Interleaver)设计的新方法
5.2.1 引言
5.2.2 对称型Interleaver的设计
5.2.3 非对称Interleaver的设计
5.3 EDFA增益平坦滤波器设计的新方法
5.3.1 引言
5.3.2 EDFA增益平坦器的设计要求
5.3.3 混合梯度遗传算法
5.3.4 设计实例
5.4 M-Z干涉仪耦合器的容差性分析
5.5 本章小结
5.6 参考文献
第六章 基于MMI的波分(解)复用器
6.1 引言
6.2 利用DSP设计基于MMI的波分(解)复用器
6.2.1 传统的MMI波分(解)复用器设计方法
6.2.2 新型的MMI波分(解)复用器设计方法
6.2.3 MMI波分(解)复用器设计实例
6.3 波分(解)复用器频谱优化方法的研究与比较
6.3.1 基于星形耦合器的AWG
6.3.2 基于MMI耦合器的AWG
6.4 新型的低串扰、通带平坦的MMI-AWG的设计
6.4.1 MMI-AWG实现低串扰的方法
6.4.2 MMI-AWG实现通带平坦的方法
6.4.3 低串扰、通带平坦的MMI-AWG设计实例
6.5 MMI-AWG的特性讨论
6.6 本章小结
6.7 参考文献
第七章 总结和展望
7.1 本论文工作总结
7.2 工作展望
博士在读期间发表的论文
致谢
发布时间: 2005-07-27
参考文献
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- [3].基于新型阵列波导光栅的波分复用和接入网平面波导器件[D]. 郎婷婷.浙江大学2009
- [4].左手材料光波导的传输特性[D]. 沈陆发.上海大学2008
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- [5].陈列波导光栅的理论建模与优化设计及其实验研究[D]. 戴道锌.浙江大学2005
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- [7].基于平面光波导技术的光分插复用器的研究[D]. 李明.中国科学院研究生院（上海微系统与信息技术研究所）2005
- [8].新型阵列波导器件的理论与实验研究[D]. 鲁平.华中科技大学2005
- [9].面向光集成的光波导材料制备与参数测量方法研究[D]. 肖丙刚.浙江大学2006
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