基于光栅光阀（GLV）技术的高速可调谐光通信器件的研究

论文摘要

DWDM网络由于可以在单根光纤上传输多个波长，所以具有超大的容量，可以大幅度节省光纤数量，这种技术现在被越来越广泛的应用在光通信网络中，DWDM技术的核心就是针对各个波长的操作和控制。随着DWDM技术的发展将会要求整个网络和器件具有更快的速度，更低的成本，更灵活的控制方式。本文正是针对这种发展趋势，以光栅光阀（GLV）技术的特性为基础设计几种高运行速度的光通信器件。 GLV是一种新型的MEMS器件，因为具有较高的光学效率，快速的调制速率，以及较低的量产成本，受到了很大的关注，已经被成功的运用在投影显示和电脑制版领域中，取得很好的效果。 文中首先针对GLV的材料和结构特点，从理论上计算了GLV的特性，如运行时条带可以达到几十MHz的振荡频率，即可知道它可以达到ns级的调谐速度，同时计算了在GLV处于光栅状态时的衍射效果，通过计算衍射时条带之间的相位差，得到了发生衍射时的光强分布情况。 基于GLV的基本特性计算，针对现在已有的可调谐外腔半导体激光器以及可调谐衰减器技术中存在的优缺点，提出了基于GLV技术的新的调谐器件结构。首先设计了基于GLV技术的可调谐外腔半导体激光器系统的结构，在结构中利用GLV的易于控制的特性和共焦结构，使得可以很方便的控制外腔振荡的波长选择，对此系统结构的性能参数进行了详细的分析，在文中给出的结构下可以得到140nm的波长调谐范围，和5.75*10-6nm的输出线宽即0.75MHz的输出频带宽度。 计算和分析了用GLV作为可变光强调谐器件时的参数性能，由于GLV的衍射光中的0级光光强可以随可动条带的下降距离而变化，所以可以得到需要的光强衰减，当使用10位电压驱动器时，计算得到0.03dB的衰减精度，而且衰减范围大于40dB，这种结构的优势是可以用一个GLV一维器件阵列代替网络中的多个VOA器件，既简化了结构，又节省了成本。同时提出了基于GLV技术的光滤波器的应用前景，虽然还未得到完善的结构，可是可以看到这种结构应用的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 DWDM网络发展现状及其前景
• 1.2 DWDM光器件技术现状概述
• 1.2.1 可调谐半导体激光器现状
• 1.2.2 目前已存在的可调谐激光器的调谐机理
• 1.2.3 可变光衰减器件（VOA）概述
• 1.3 GLV技术的特点及应用
• 1.3.1 GLV简介
• 1.3.2 GLV光学原理
• 1.3.3 GLV器件的优点
• 1.3.4 典型应用
• 1.3.5 在DWDM光通信网络中的应用前景
• 1.4 本论文研究内容和主要工作
• 第二章 GLV基本特性计算
• 2.1 GLV机械特性计算
• 2.1.1 条带位移方程
• 2.1.2 受力模型
• 2.1.3 位移的迟滞效应
• 2.1.4 振荡频率计算
• 2.2 GLV衍射效应计算
• 2.2.1 相位差计算
• 2.2.2 衍射光光强分布分析
• 第三章 基于GLV技术的高速可调谐光通信器件设计
• 3.1 基于GLV技术的可调谐外腔半导体激光器设计及参数模拟
• 3.1.1 基于GLV的外腔系统结构设计
• 3.1.2 基于GLV的外腔调谐激光器系统参数计算和模拟
• （1） 激光器输出线宽计算
• （2） 输出模式稳定极限分析
• （3） 激光器波长调谐范围计算
• （4） 阈值电流和输出能量分析
• 3.1.3 基于GLV可调谐激光器系统综合性能
• 3.2 GLV在可变衰减器中的应用设计和参数模拟
• 3.2.1 GLV作为可变衰减器件的优势
• 3.2.2 GLV作为可变衰减器件的的原理分析
• 3.2.3 基于GLV技术可变衰减器的参数计算和模拟
• （1） 衰减范围计算
• （2） 衰减精度计算
• （3） 性能指标
• 3.3 GLV在光滤波器中的应用设计
• 3.3.1 DWDM网络中的滤波器技术
• 3.3.2 GLV在滤波器中的应用设计
• 3.3.3 作为增／删器件的使用
• 第四章 总结
• 参考文献
• 硕士期间发表论文
• 致谢