文档介绍：浙江大学
博士学位论文
阵列波导光栅的理论建模与优化设计及其实验研究
姓名:戴道锌
申请学位级别:博士
专业:光学工程
指导教师:何赛灵
20050301
摘要阵列波导光栅典型的集成型光波导器件,具有优越的性能和广泛的应用前景。本文对奶匦越辛松钊胙芯浚岢隽诵碌挠行的D夥椒ㄓ胗呕计,改进了男阅埽⑼瓿闪讼喙氐氖笛楹筒馐浴由于集成光波导器件的特殊性,数值模拟计算在器件的设计中占据非常重要的地位,建立有效可靠的模拟平台是一项非常关键的工作。本文首先介绍了光波导基本理论,总结了用于光波导模场分析的解析方法和数值方法。在均匀格点的基础上,给出了基于柱坐标的全矢量非均匀格点有限差分方法⒉捎昧送昝榔ヅ洳边界条件。所得骄哂型ㄓ眯院屯骋恍裕梢匝苌龆嘀痔厥馇樾蔚腇,如均匀格点⒅苯亲闒等。因此几乎可用于所有复杂波导结构ㄍ淝ǖ模式特性分析。给出了基于呓缣跫亩úシ椒,将柱坐标下的二维近轴乒愕焦憬荁。基于这些数值方法对光波导的特性进行了研究:首先,利用怨杈堤宀牧脊型波导模式进行了研究,从而进一步确定了其单模条件中常数娜≈怠F浯危許脊型波导的偏振特性进行了研究,对参数做了归一化,确定了无偏振结构相关参数箍怼⒓垢的选取规则,为下一步设计偏振不敏感的波导器件奠定了一定基础。如何减小弯曲半径以提高集成度也是集成光波导器件的重要研究问题。通过研究多模弯曲波导的特性,本文提出了利用多模弯曲波导实现低损耗基模传输的方法,一定程度上减小了弯曲半径,能够提高集成度。对哪D夥椒ń辛俗芙岷透慕岢隽思钢中碌哪D夥椒āJ紫雀隽嘶于高斯近似的简单模拟方法、基于直角坐标姆智D夥椒āL岢隽嘶谥娜ň帜D夥椒ǎ芯苛耸涑霾ǖ纪淝糠侄訟频谱响应绕涫桥园甏笮的方法,其中基尔霍夫衍射公式用于计算自由传输区械墓獬〈úィ⒄攵訟的特殊结构,提出了一种精确的二维等效模型,克服了传统木窒扌浴L岢隽艘恢结合三维投舴蜓苌涔降腁三维精确模拟方法。对于输入阵列波导的连接邻域内的模拟,采用极坐标佣芄环奖阕既返丶扑愠龈髡罅波导的耦合系数。而对于输出驼罅胁ǖ嫉牧恿谟蚰诘哪D猓捎贸9嬷苯亲心D猓壹扑闱蛑唤鲂璋柑跽罅胁ǖ迹虼司哂懈咝实挠诺恪@以上几种模拟方法,本文分析了匦裕利用高斯近似模拟方法研究了工艺误差对骷阅艿挠跋欤利用直角坐标姆智蚰D夥椒ㄑ芯苛薃中由于阵列波导之间耦合引入的位相畸变;没诨舴蜓苌涔降D夥法对鵄中亩嗄Pв辛搜芯浚⑻岢隽思跣《嗄PвΦ慕峁股杓坪方法。最后,提出了一种基于纳米波导的超小尺寸交叠式峁梗频剂巳范ㄕ影响,并得到了实验结果的验证。发展了一种基于基尔霍夫衍射公式的D列波导各参数的公式,并给出了设计布局图和模拟频谱响应图。浙江大学博士论文
即成像法和互易法。基于完善成像假设,并利用高斯场近似,碍到了基于多模的其它复杂结构缗孜镄尾ǖ,结合D猓3隽艘恢只诠庋Щヒ自淼目焖优化方法,大大提高了设计效率。此外,提出了两种实现频谱平坦化的结构设计:锥形峁埂⑵胀∕与锥形输出波导的组合设计。利用这两种设计,既实现了频谱平坦化,又保证了低色度色散特性。最后,本文研究了集成光波导器件ˋ鞴ひ眨饕0ü饪獭刻蚀等多道工艺,着重研究了刻蚀工艺对光波导表面粗糙度的影响,得到了合理的工艺条件。完成了器件的制作与测试,获得了较为理想的结果。关键词:阵列波导光栅、有限差分法⑹úシ椒、多模、频谱平坦化、互易法、波分复用、弯曲波导、偏振、硅绝缘体材料⑺鸷摹⒐ひ瘴蟛睢⒖淌矗频谱平坦化对τ镁哂兄匾R庖濉1疚淖芙崃烁骼嗥灯灼教够迪址椒ú⒔行了分类,为频谱平坦化设计提供了一种新思路。提出街制蕉バ虯的设计方法,干涉峁沟钠蕉バ虯的频谱响应解析表达式。而对于用予灯灼教够浙江尺学博士论文
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第一章绪论§光集成器件的研究意义与发展现状光纤通信的巨大优势使现代通讯技术经历着一场伟大的革命【。作为未来年内的四项主导性关键技术之一,光纤通信技术发展极为迅速,推动了全光网络’叫的诞生。全光网络指的是信号以光的形式穿过整个网络,直接在光域内进行信号的传输、再生和交换/选路,中间不经过任何光电转换,以达到完全光透明性,实现在任意时间、任意地点、传送任意格式信号的理想目标。全光网络由光传输系统和在光域内进行交换/选路的光节点组成,光传输系统的容量和光节点的处理能力非常大。光节点不进行按信元或按数据包的电子处理,因而具有很大的吞吐量,可大大地降低传输延迟。作为全光网通信的基础,波分复用际酢】是一种基于光学域的复用技术。所谓褪窃诘ヒ还庀四谕贝涠喔霾煌夭ǖ墓獠ㄐ藕拧>咛逅道矗褪墙ü纤的光通信窗口分成若干个区间,每个