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基于硅基的多模干涉型磁光隔离器的研究

发布时间:2019-01-01 20:25
【摘要】:随着信息技术的不断发展,互联网-物联网不断地深入到人们的生活之中,高速、高带宽的光纤通信系统得到了广泛的研究。近年来,随着短距离、小尺寸系统间低能耗、高带宽数据互连的需求,硅光子技术发展迅速,光纤通信系统中的各类光学器件的硅集成化已经有了理论基础和实验验证。随着整个光学系统的集成化,需要一种集成光学器件放置在激光器之前,用于避免光的反射,防止噪声和频率漂移,保护激光器不被烧毁。这种器件呈现出对光正向通过,反向截止的特性,称为集成光隔离器。与广泛应用的单晶材料型的分立光隔离器相比,基于硅基集成的磁光波导隔离器具有非互易的特点和低成本、小体积、小损耗、高机械稳定性等优势,具有重要的研究价值。本文对基于硅基的多模干涉型(MMI)磁光隔离器进行了详细的研究,通过求解麦克斯韦方程组,研究了波导非互易相移与光波的模式的关系。我们采用有限元(FEM)仿真方法对波导的模式进行求解,并根据非互易相移理论设计出具有强NRPS效应的多模干涉型光波导。对于隔离器性能的仿真,我们通过耦合模理论计算出各模式的激发效率,再通过多模干涉理论求解整个MMI光隔离器的最终性能参数。最后,针对宽带器件的应用需求,我们对器件设计进行了改进,提出了宽带、和基于TE模式的多模干涉型(MMI)磁光隔离器的设计方法,并对器件的制备容差进行了分析。本论文基于具有纵向多模特征的光波导结构,提出一种小型化硅基多模干涉型(MMI)磁光隔离器设计方法,器件具有强非互易性,而器件长度较分立器件减小一个数量级,并具有宽带特性。在器件隔离带宽方面,定性地分析了影响器件隔离带宽的因素。本文提出的多模干涉型硅波导集成磁光隔离器件理论、设计和仿真方法对发展硅集成磁光隔离器件具有一定的指导意义。
[Abstract]:With the development of information technology, the Internet of things (IOT) continues to penetrate into people's lives, high-speed, high-bandwidth optical fiber communication system has been widely studied. In recent years, with the demand of short distance, low energy consumption and high bandwidth data interconnection between small-sized systems, silicon photonic technology has developed rapidly, and the silicon integration of various optical devices in optical fiber communication systems has been theoretically and experimentally verified. With the integration of the whole optical system, an integrated optical device needs to be placed in front of the laser to avoid the reflection of light, to prevent noise and frequency drift, and to protect the laser from being destroyed. This kind of device presents the characteristic of forward-going and reverse-cut off of light, called integrated optical isolator. Compared with the widely used single crystal type discrete optical isolator, the silicon-based magneto-optical waveguide isolator has the advantages of non-reciprocal, low cost, small volume, small loss and high mechanical stability, and has important research value. In this paper, the multimode interferometric (MMI) magneto-optic isolator based on silicon is studied in detail. By solving Maxwell's equations, the relationship between the waveguide nonreciprocal phase shift and the mode of optical wave is studied. The mode of the waveguide is solved by finite element (FEM) simulation method, and the multimode interferometric optical waveguide with strong NRPS effect is designed according to the non-reciprocal phase shift theory. For the performance simulation of the isolator, the excitation efficiency of each mode is calculated by coupling mode theory, and the final performance parameters of the whole MMI optical isolator are solved by the multi-mode interference theory. Finally, according to the application demand of broadband devices, we improve the design of the devices, propose the design method of (MMI) magneto-optic isolator based on broadband and TE mode, and analyze the fabrication tolerance of the devices. In this paper, based on the optical waveguide structure with longitudinal multimode characteristics, a design method of a miniaturized silicon-based multimode interferometric (MMI) magneto-optic isolator is proposed. The device has strong non-reciprocity and the length of the device is one order of magnitude less than that of the discrete device. And has the broadband characteristic. In the aspect of device isolation bandwidth, the factors influencing device isolation bandwidth are analyzed qualitatively. In this paper, the theory, design and simulation method of multimode interferometric integrated magneto-optic isolator for silicon waveguide are presented, which have certain guiding significance for the development of silicon integrated magneto-optic isolator.
【学位授予单位】:电子科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN256

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本文编号:2398071

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