阵列波导光栅（AWG）的理论研究与优化设计

论文摘要

随着现代通信容量的急剧增加,现有光纤网络单通道的传输容量己日趋饱和。解决这一问题行之有效的方法是采用密集波分复用(DWDM)技术。而密集波分复用技术的实现依赖于各种波分复用器解复用器的发展。阵列波导光栅(AWG,arrayed waveguide grating)具有信道串扰小、插入损耗低、长期稳定稳定、便于集成、易与光纤耦合等优点,是DWDM系统中最具应用前景的波分复用/解复用器,在光通信中起着重要的作用。本文主要研究了阵列波导光栅的理论和优化设计。阵列波导光栅的优化包括参数优化设计、版图优化设计和高性能阵列波导光栅的优化方法。首先在参数优化设计中,详细研究一套行之有效的阵列波导光栅参数值优化设计方法,并获得了一组经过优化设计后的阵列波导光栅参数值。接下来研究了版图的优化,通过几何建模,给定一些初始参数,对设计的阵列波导光栅进行尺寸计算,最终算得阵列波导光栅尺寸为47.62mmx 16.50mm,满足一般阵列波导光栅的尺寸要求。最后分析总结了高性能阵列波导光栅优化方法,这些方法都使阵列波导光栅在各方面性能上有很大提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 阵列波导光栅的发展与现状
• 1.3 本论文的主要内容
• 第二章 阵列波导光栅（AWG）的基本原理、性能指标与应用
• 2.1 AWG 的基本原理
• 2.1.1 Rowland 圆原理
• 2.1.2 光栅方程
• 2.1.3 角色散、线色散方程
• 2.1.4 自由光谱区（FSR）
• 2.1.5 衍射效率
• 2.1.6 温度效应
• 2.2 AWG 的性能分析
• 2.2.1 中心频率偏差
• 2.2.2 插入损耗
• 2.2.3 通道串扰
• 2.2.4 偏振相关性
• 2.2.5 温度相关性
• 2.3 AWG 的应用
• 2.3.1 复用/解复用
• 2.3.2 波长路由器
• 2.3.3 光分插复用器
• 2.3.4 多波长光源
• 2.3.5 光交叉互连
• 2.3.6 多信道均衡器
• 2.4 本章小结
• 第三章 光波导理论
• 3.1 平板波导
• 3.1.1 波动理论分析法
• 3.2 矩形波导
• mn^y 导模'>3.2.1 矩形波导的E_mn^y导模
• mn^x 导模'>3.2.2 矩形波导的E_mn^x导模
• 3.3 有效折射率法
• 3.4 本章小结
• 第四章 阵列波导光栅（AWG）的优化设计
• 4.1 AWG 复用器的制造
• 4.1.1 材料的选取
• 4.1.2 AWG 复用器的制造工艺
• 4.2 AWG 的参数设计
• 0 和波长间隔Δλ的选取'>4.2.1 中心波长λ₀和波长间隔Δλ的选取
• 4.2.2 输入/输出波导及阵列波导的尺寸
• c，群折射率n_g'>4.2.3 矩形波导有效折射率n_c，群折射率n_g
• i 、Δxo ，阵列波导的间距d'>4.2.4 输入/输出波导间距Δxi 、Δxo ，阵列波导的间距d
• 4.2.5 衍射级数m
• 4.2.6 相邻阵列波导长度差ΔL 、平板波导焦距f 、自由光谱区FSR
• 4.2.7 阵列波导数2M + 1
• 4.3 AWG 的版图设计
• 4.4 高性能AWG 复用器的优化设计
• 4.4.1 低插入损耗的AWG
• 4.4.2 低通道串扰的AWG
• 4.4.3 新型偏振无关AWG
• 4.4.4 低的温度相关性AWG
• 4.4.5 平坦的光谱响应
• 4.4.6 大信道数和窄信道间隔的AWG
• 4.5 本章小结
• 第五章 有限差分波束传播算法
• 5.1 近轴FD-BPM
• 5.2 PML 边界条件
• 5.3 广角FD-BPM 算法
• 5.4 阵列波导光栅的模拟
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 论文总结
• 6.2 论文的不足
• 6.3 阵列波导光栅的应用和发展方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文目录