侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的研制

发布时间：2017-11-01 11:26

  本文关键词：侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的研制

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【摘要】：定向耦合器与基于定向耦合器的集成光学器件广泛用于光纤通信系统中光信号传输与处理,是波分复用器、光矩阵开关、分插复用器、滤波器、功率混合／分配器、调制器等集成光学器件的基本组成单元。利用不同空间模式作为独立信道传输光信号的模分复用技术是近年为了提升光纤通信系统传输容量而提出的一门新技术。模式转换器与模式复用／解复用器是模分复用系统中不可或缺的核心器件。以定向耦合器作为基本单元的模式转换器与模式复用／解复用器,具有结构简单、制作成本低、制作材料多样等优点,对模分复用技术的研究具有重要意义。本文以模分复用技术为背景,以光栅辅助定向耦合器为基本结构,提出了一种侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器。该定向耦合器由一个单模波导与支持三个空间模式的少模波导组成；其目标是实现单模波导与少模波导基模之间的耦合,同时要求单模波导基模与少模波导的高阶模不发生耦合：侧壁长周期光栅位于少模波导内侧,用于补偿少模波导与单模波导基模之间的模式折射率差；该定向耦合器制作材料为聚合物,芯层与包层材料分别为EpoCore与EpoClad。论文对提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器进行了仿真工作,并进行了实物制作,从理论与实验两个角度证明了该方案的可行性。从模式复用技术的角度出发,本文提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器实现了模式复用／解复用器中基模信道的复用／解复用。论文的主要工作如下：(1)从耦合模理论出发,分析了对称定向耦合器、非对称定向耦合器、光栅辅助定向耦合器的基本工作原理。(2)对提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器进行了建模与仿真工作,确定了定向耦合器的各项设计参数,如单模波导与少模波导的宽度、厚度、两者之间的间距、光栅周期、光栅深度、耦合长度等。(3)在实验中通过旋涂、光刻、显影、固化等工艺步骤,成功制作了符合设计参数要求的侧壁长周期光栅辅助定向耦合器实验室原型器件。(4)所制作的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的测试与分析,测试了器件的红外近场光斑,测量了所制作的定向耦合器的光谱特性及其热调谐特性,测量了单模波导与少模波导基模的传输损耗,以及侧壁长周期光栅对少模波导基模引起的额外损耗,最后对器件的性能进行了分析讨论。
【关键词】：定向耦合器 长周期光栅 模式复用/解复用器 聚合物
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN622.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-13
• 第一章 绪论13-20
• 1.1 定向耦合器的研究背景、目的与意义13-14
• 1.2 定向耦合器国内外发展历史与现状14-17
• 1.2.1 光纤定向耦合器14-15
• 1.2.2 无机光波导定向耦合器15-16
• 1.2.3 聚合物光波导定向耦合器16
• 1.2.4 光栅辅助定向耦合器16-17
• 1.3 模分复用系统简介17-18
• 1.4 本论文的研究内容与结构安排18-20
• 第二章 定向耦合器的工作原理20-30
• 2.1 耦合模理论20-24
• 2.2 对称定向耦合器24-25
• 2.3 非对称定向耦合器25-27
• 2.4 光栅辅助定向耦合器27-29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的设计30-43
• 3.1 棱镜耦合仪测量EpoCore与EpoClad材料折射率30-31
• 3.2 有效折射率法求矩形波导色散曲线31-35
• 3.3 器件的模型35-38
• 3.4 器件的工作目标38-40
• 3.5 器件的仿真结果40-42
• 3.6 本章小结42-43
• 第四章 侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的制作43-49
• 4.1 掩膜版的设计与制作43-44
• 4.2 器件的制作流程44-48
• 4.3 本章小结48-49
• 第五章 侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的测试49-66
• 5.1 红外近场光斑图案49-53
• 5.2 光谱特性测试结果53-64
• 5.2.1 第一组光谱测试结果53-59
• 5.2.2 第二组光谱测试结果59-64
• 5.3 损耗特性测试64-65
• 5.4 本章小节65-66
• 第六章 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 硕士研究生期间取得的研究成果72

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本文编号：1126643