可控线宽导模共振滤波器设计及其特性研究

论文摘要

窄带滤波器是一种在光学领域中广泛应用的光学器件。与传统的多层膜结构滤波器不一样,导模共振滤波器是利用波导光栅结构的共振效应来实现滤波。这种新型滤波器,由于其结构简单、高衍射效率及带宽可控等特性,引起了人们的广泛兴趣。为了使导模共振滤波器实现其应用目的,人们必须能够对它的光谱响应进行有效的控制,例如：线型对称、旁带反射率、滤波线宽等。本论文运用平面介质波导理论和严格耦合波分析方法对导模共振效应的物理机理及其独特的光学特性进行了研究。结合导模共振效应和薄膜光学原理,设计并研究了两种不同结构的导模共振滤波器。本文中设计的两种导模共振滤波器,一种是光栅层介质为强调制的浅光栅结构的导模共振滤波器,另一种是光栅层介质为弱调制的带间隔层结构的导模共振滤波器。对于这种强调制浅光栅导模共振滤波器,光栅层具有与波导层相等的等效折射率,它的滤波线宽对光栅层厚度的变化非常敏感。使光栅层和波导层总厚度保持不变,通过调节光栅层厚度和光栅周期,在满足对称线型和低反射率旁带要求下,可以实现不同滤波线宽的光谱响应。采用该方法进行设计可以有效的控制光栅的深度,因此,在一定程度可以降低导模共振滤波器的制作难度。对于这种带间隔层的弱调制介质光栅导模共振滤波器,通过改变间隔层的厚度,控制外部入射波与泄漏导波模之间的耦合强度,从而实现对滤波线宽的控制。研究结果表明,这种带间隔层的弱调制介质光栅导模共振滤波器,它的共振峰对光栅厚度、光栅填充比和光栅面形的变化是欠敏感的,因此,该种结构导模共振滤波器相对比较容易制作,具有良好的应用前景。本论文中所设计的两种不同结构的可控线宽导模共振滤波器,在一定程度上能够优化导模共振滤波器的制作,具有一定的理论价值和实验价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景
• 1.2 论文研究意义
• 1.3 导模共振滤波器的研究现状
• 1.4 本论文的研究内容
• 第二章 数值方法
• 2.1 引言
• 2.2 等效介质理论
• 2.3 严格耦合波理论
• 2.3.1 TE偏振模式
• 2.3.2 TM偏振模式
• 2.4 计算结果讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 导模共振滤波器原理及特性
• 3.1 引言
• 3.2 导模共振效应原理
• 3.2.1 共振条件
• 3.2.2 共振位置的确定
• 3.3 导模共振效应特性
• 3.3.1 共振波长
• 3.3.2 共振线宽
• 3.4 导模共振效应中的瑞利异常现象
• 3.5 本章小结
• 第四章 可控线宽导模共振滤波器
• 4.1 引言
• 4.2 强调制浅亚波长光栅可控线宽导模共振滤波器
• 4.3 带间隔层的弱调制介质光栅可控线宽导模共振滤波器
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文