基于铌酸锂波导的电光调谐ROADM设计

论文摘要

具有动态配置能力的可重构光分插复用器(ROADM)是光网络由现行的波分复用(WDM)系统向全光网络演进过程中不可或缺的关键节点器件,是光网络“智能”实现的重要基础,它不仅能够像传统的非重构光分插复用器(OADM)那样,可以从多波长线路信号中提取特定波长到本地,以及将本地波长插入到线路中去,而且可以动态调节节点的上下话路波长,从而实现光网络的动态重构,大大加快光网络透明化和智能化进程。现行的ROADM技术大多基于分立光学器件,成本高、可靠性差,不利于集成化,此外由于调谐手段的限制,在超高速网中应用时存在响应速度偏慢的问题。为适应光网络对ROADM器件的要求,本论文提出一种新颖的电光调谐的可重构光分插复用器。该器件采用钛扩散铌酸锂波导结构,其光路部分由偏振转换部分(PCS)和两个偏振分束器(PBS)组成,其中PCS由多个偏振转换单元(PCU)与多个波长调谐单元(WTU)交替排列在波导上构成。器件采用电光光栅实现偏振转换,同时以电光效应实现波长调谐。本论文从波导光学、光电子学以及模式耦合理论等基本原理出发,推导出器件的各部分参数对器件性能的影响。在此基础上,对器件的物理和几何参数进行计算,设计出了器件中使用的钛扩散铌酸锂波导的制备参数、PBS的波导参数、PCS中各波导参数、PCU及WTU的电极结构以及所施加电压等。最后,本论文还对各PCU中的电压分布进行了多种改进,以适应对ROADM的通带宽度、旁瓣抑制等各项指标要求。并且本论文还给出了几种较为简化的备选设计方案,适用于对可重构性要求较低的场合。经理论分析及仿真研究表明,本论文设计的ROADM,具有集成度高、响应速度快、通带宽度窄、串扰低等特点。并且可在不改变器件结构的条件下实现通带宽度可调,可满足不同信道间隔的密集波分复用系统需求,还可实现相邻信道的同时下载。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 全光网络发展概述
• 1.1.1 全光网络的概念及发展历程
• 1.1.2 全光网络的优点
• 1.1.3 全光网络的发展前景
• 1.2 ROADM 在全光网络中的作用
• 1.3 本论文的主要工作及安排
• 第二章 光分插复用器简介
• 2.1 可重构光分插复用器的实现方案
• 2.1.1 分波器+波长交换单元+合波器
• 2.1.2 耦合器+滤波单元+合波器
• 2.1.3 基于波长光栅路由器（WGR）的ROADM
• 2.1.4 基于声光可调谐滤波器（AOTF）的ROADM
• 2.2 ROADM 的性能评价
• 2.3 本论文提出的ROADM 及其特点
• 第三章 基于铌酸锂晶体的ROADM 光波导分析
• 3.1 光波导基本原理及理论
• 3.1.1 麦克斯韦方程及波导光学理论
• 3.1.2 平面波导理论
• 3.2 铌酸锂晶体理论分析
• 3.2.1 折射率椭球
• 3.2.2 铌酸锂晶体电光效应
• 3.3 模式耦合理论及其在本论文中的应用
• 3.3.1 模式耦合理论的基本概念
• 3.3.2 模式耦合理论在本论文中的应用
• 第四章 电光调谐ROADM 结构设计方案
• 4.1 器件结构及工作原理
• 4.1.1 器件总体结构及总成部分
• 4.1.2 器件工作原理
• 4.2 钛扩散铌酸锂波导
• 4.3 偏振分束器
• 4.4 偏振模式转换部分
• 4.4.1 偏振转换单元分析
• 4.4.2 波长调谐单元分析
• 4.4.3 偏振转换部分参数设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 电光调谐ROADM 的优化设计及其他设计方案
• 5.1 叉指电极电压的优化设计
• 5.1.1 旁瓣抑制
• 5.1.2 通带宽度可调
• 5.1.3 其它功能拓展
• 5.2 其他设计方案
• 5.2.1 信道上路方式的改进
• 5.2.2 波长调谐辅助方案
• 5.2.3 偏振转换部分的其他方案
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 下一步工作的计划
• 参考文献
• 发表论文和科研情况说明
• 致谢