基于铌酸锂的非对称MZI型可调谐梳状滤波器的研究

发布时间：2020-07-30 19:34

【摘要】：可调谐带通滤波器是粗波分复用(Coarse-Waveguide-Division-Multiplexing,CWDM)光纤通信系统中复用\解复用端的关键器件。利用其可调谐性可以实现通道选择,并且降低了器件制作的工艺难度,使得滤波器的中心波长可以更容易对准系统通道内的中心波长。当前,在光波导器件中,主要有热光和电光两种调谐方式。但是热光调谐的速度较慢,所以不适用于高速切换的应用场景,而电光调谐因其较快调谐速度,成为了高速调谐的主要方式。铌酸锂晶体由于其大电光系数、成熟的制造工艺和稳定的工作状态,成为了制作电光调谐器件的重要材料之一。在结构方面,非对称马赫-增德尔干涉仪(Mach-Zehnder-Interferometer,MZI)结构因为其结构简单、消光比高、串扰低等优点,而得以广泛应用。但由于非对称MZI结构和铌酸锂光波导的特性,不可避免的会产生弯曲损耗,而且未经优化的弯曲波导在长波长处的损耗会更加严重。为了更好的解决以上问题,本文从实验上研究了铌酸锂光波导在不同宽度下的弯曲波导损耗,并在器件设计当中,增加了波导的宽度,用以改善弯曲损耗和长波长处损耗的问题。其次是利用了锥形定向耦合器来代替传统定向耦合器,用以解决传统定向耦合器由于色散原因使得无法在较大的波长范围内保持相同的分光比,而导致工作带宽下降的问题。论文首先介绍了波分复用(Wavelength-Division Multiplexing,WDM)系统对于光纤通信的重要性,以及CWDM系统的用途,说明了可调谐带通滤波器在CWDM系统中解复用端的用途、研究现状以及面临的问题,以及给带通滤波器加入电光调谐功能的必要性。然后对本文所使用的到的铌酸锂材料进行了介绍与说明,对单模波导设计进行了计算和讨论,对器件的设计参数进行了优化,并且分析了耦合器、色散、以及弯曲波导损耗对其输出特性造成的影响。最后模拟了最优设计方案以及对设计参数进行了总结,为接下来的实验打下了基础。最后,介绍了掩膜版的设计以及实验流程。实验上测试了弯曲损耗,印证了长波长处损耗增大的现象,以及增加波导宽度的优化方案对其的改善。最后通过实验得到成型的3组器件,并对其进行了测试,消光比在整个C+L波段上保持得非常好,没有因为长波长处的损耗而下降,器件1号和器件2号在未加电极时,消光比分别可以达到了20 dB和35 dB以上。器件3号在成功制作电极后,消光比为~16dB,调谐的范围在100 nm以上,调谐效率为4.5 nm/V,插入损耗为~8 dB,整个器件的长度为~30 mm。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN713
【图文】：

将Interleaver用于CWDM系统的解复用端的原理图

非对称MZI型梳状滤波器的示意图

梳状滤波器的理论传输谱

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本文编号：2775980