一种反射式微型光开关的相关技术研究

论文摘要

随着3G时代的到来,超高速、超大容量和超长距离是光通信发展的必然趋势。光开关与光开关阵列是光纤通信系统重要的光器件,随着光纤通信技术的发展,DWDM在城域网和接入网的应用对具有插/分和交换功能的光开关的需要更加迫切。论文结合光开关研究目前国内外的发展现状和实际,在教育部博士学科点专项科研基金资助项目“光栅阵列-反射式微型光开关原理研究”及重庆市科委自然科学基金计划资助项目“基于MEMS技术的闪耀光开关原理研究”的资助下,对一种反射式微型光开关的相关技术进行了较为深入的研究。论文主要完成了以下几方面的工作:1.对光开关发展历史及国内外主流技术进行了综述;2.在对微光栅阵列器件的衍射角、衍射效率和光栅参数优化理论进行认真分析和较为深入研究的基础上,建立了光栅栅距对可见的衍射边缘影响的理论模型;3.在分析讨论的基础上,建立了闪耀光栅的光栅常数、闪耀角、入射角、入射波长与衍射角的关系,找出了入射角限制波长带宽的基本规律,并对确定光波的工作方式进行了讨论;4.运用高斯光束的ABCD矩阵原理,对光开关中高斯光束在自由空间中的传输规律进行了分析,设计出用于光束准直扩束的微球透镜及V型槽自准直基座,通过实验分析获得光栅的闪耀角与特定的干涉级的光学特性及其相互作用的关系;5.讨论了光开关的制作工艺,重点分析了影响光开关分辨率、衍射效率、精度等性能的工艺参数,通过工艺的比较,光开关制造采用灰阶掩模图形转印法,使高台阶数、精密尺寸的光开关制造工艺更加简单;6.利用软件对系统进行了仿真实验,实验结果表明设计的反射式微型光开关满足预期要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 光开关的发展及国内外研究现状
• 1.2.1 光开关的分类
• 1.2.2 光开关的应用
• 1.2.3 MEMS 技术
• 1.2.4 国内外研究现状
• 1.3 课题的来源及主要完成的工作
• 2 闪耀光栅原理
• 2.1 概述
• 2.2 闪耀光栅工作原理
• 2.2.1 闪耀光栅光强分布
• 2.2.2 闪耀光栅光谱的缺级
• 2.2.3 闪耀光栅光强分布图
• 2.3 闪耀光栅与微平面镜的比较
• 2.3.1 微平面反射镜光强分布图
• 2.3.2 衍射效率
• 2.3.3 微型闪耀光栅与微反射镜比较研究
• 2.4 闪耀光栅的应用
• 2.5 本章小结
• 3 总体方案设计
• 3.1 概述
• 3.2 光开关参数
• 3.2.1 光开关评价参数
• 3.2.2 光开关设计参数
• 3.3 准直器设计
• 3.3.1 光束准直方法
• 3.3.2 V 型槽
• 3.3.3 球透镜及方坑
• 3.4 微镜设计
• 3.4.1 微镜参数
• 3.4.2 微镜参数优化
• 3.5 本章小结
• 4 光波传播特性研究
• 4.1 概述
• 4.2 高斯光束及ABCD 矩阵
• 4.2.1 高斯光束模型
• 4.2.2 高斯光束的ABCD 矩阵
• 4.3 光开关中的光波传播特性
• 4.3.1 入射光纤与准直器间的光波特性
• 4.3.2 准直器与准直器间的光波特性
• 4.4 本章小结
• 5 光开关损耗分析
• 5.1 概述
• 5.2 耦合损耗分析
• 5.2.1 横向耦合损耗
• 5.2.2 纵向耦合损耗
• 5.2.3 倾斜耦合损耗
• 5.3 回波因素
• 5.4 元器件加工不完善引起的损耗
• 5.5 光波的衍射损耗
• 5.6 本章小结
• 6 光开关加工工艺
• 6.1 二元光学介绍
• 6.1.1 二元光学
• 6.1.2 二元光学的应用
• 6.2 闪耀光栅的二元光学分析
• 6.3 二元光学器件制作工艺
• 6.4 光开关加工过程
• 6.4.1 概述
• 6.4.2 掩模版制作
• 6.4.3 图形转印
• 6.4.4 刻蚀
• 6.5 本章小结
• 7 实验结果分析
• 7.1 实验器材及系统设置
• 7.1.1 实验器材
• 7.1.2 系统设置
• 7.1.3 实验计算方案选择
• 7.2 系统优化
• 7.3 本章小结
• 8 研究工作总结
• 致谢
• 参考文献
• 附录