多模干涉型光耦合器研究

论文摘要

随着光通信系统朝着高速率、大容量方向发展,开发出性能优良的集成光学器件已经成为人们的迫切需求。多模干涉型光耦合器以其结构紧凑、频带较宽及对偏振不敏感等特点,已经得到了越来越广泛的应用。传统多模干涉理论基于强限制型波导结构,在分析弱限制型器件时存在着较大误差。本文首先介绍了介质波导理论和光波导数值模拟方法:束传播方法(BPM);然后在传统理论的基础上,以弱限制型1×4多模干涉耦合器为例,综合考虑不同模式的等效宽度,提出了计算多模波导长度的三种优化方法,并运用BPM对不同厚度的耦合器的输出性能进行了模拟。结果表明,优化方法均使得器件损耗、均匀性和综合性能得到了明显提高,达到了优化的目的。最后,以光开关和相位阵列波分复用∕解复用器为例,探讨了多模干涉耦合器的应用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的目的和意义
• 1.2 国内外研究状况与进展
• 1.2.1 集成光学的发展和前景
• 1.2.2 多模干涉型器件的研究进展
• 1.3 本论文主要内容
• 第二章 介质光波导理论
• 2.1 二维平面波导
• 2.1.1 阶跃平板波导中的光场分布
• 2.1.2 对称平板波导模式问题
• 2.2 三维矩形波导
• 2.2.1 马卡梯里分析
• 2.2.2 等效折射率分析
• 第三章 束传播方法
• 3.1 近轴BPM
• 3.1.1 全矢量BPM
• 3.1.2 半矢量、标量BPM
• 3.1.3 数值解法
• 3.2 广角BPM
• 3.3 边界条件的选取
• 3.3.1 透明边界条件（TBC）
• 3.3.2 完美匹配层边界（PML）
• 3.3.3 边界条件的选取原则
• 第四章 多模干涉原理
• 4.1 导模传输分析法
• 4.2 多模干涉一般成像分析
• 第五章 多模干涉耦合器优化设计与应用
• 5.1 多模干涉耦合器优化设计
• 5.1.1 MMI 耦合器性能指标
• 5.1.2 求解各模式等效宽度
• 5.1.3 三种优化方法性能比较
• 5.2 多模干涉耦合器的应用
• 5.2.1 MMI 光开关
• 5.2.2 MMI 型相位阵列波分复用∕解复用器
• 第六章 总结及展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果