环形谐振器中的可调控干涉特性研究

发布时间：2020-11-09 13:59

　　 环形谐振器由于有局域光功率增强的能力,波长的选择性,高度紧凑的体积,功能的灵活性和多样性等,已经成为集成光子学器件的关键的模块。它的应用已经遍布于多个领域,比如光通信、光网络、生化传感等等。不过稳态单个环形谐振器无法产生实际应用要求的可调控高阶共振特性,比如可调法诺共振光谱线型,可重构多通道滤波特性,和较大的延迟-带宽乘积等。为了改进稳态单个环形谐振器的性能,本文研究了环形谐振器中的可调控干涉特性。具体内容如下:回顾了环形谐振器中可调控干涉特性的研究进展。首先回顾了环形谐振器常用的耦合方案;而后,回顾了利用环形谐振器中可调控干涉特性产生的法诺共振光谱,高阶分插滤波特性,和干涉式的旋转传感特性等研究领域的发展。最后指出了干涉特性在这些应用中的优势和不足。回顾了描述环形谐振器中光学传输特性最常用的传输矩阵理论和时域模式耦合理论。指出两种理论模型分别适用的范围和不足。针对两者的不足,发展了新的干涉-延迟理论。利用干涉-延迟理论,解释了环形谐振器中光脉冲延迟和超前的形成机理,并获得了典型环形谐振器结构群延迟的解析表达式。研究了色散可调环形谐振器马赫-曾德尔干涉仪结构中的可调控法诺共振;通过理论和实验研究,揭示了:法诺共振光谱线型的非对称参数q和斜率的符号取决于环形谐振器引发的色散;当二阶串联耦合环形谐振器的色散经历了从反常色散到正常色散的转化时,q参数和斜率的符号将发生变化。研究结果表明,对于生化传感器、光开关、光学路由器等应用有重大意义的可调控法诺共振是可以由环形谐振器结构中的色散调节来实现的。研究了一种基于自耦合谐振器萨格纳克干涉仪结构的可重构双通道分插滤波器。通过理论和实验研究揭示了:这种谐振器结构可在仅利用了一个谐振器的情况下在一个自由光谱范围之内就产生了双重的分插滤波通道;而且通过调节相位,可以实现两个滤波通道的重构和三种模式的输出。此外,这种结构路由的波长通道数量还可以继续扩展。总之,这种紧凑的、可靠的、灵活的、多用途的、可扩展的分插滤波器方案对光网络中的波分复用技术具有极大的意义。研究了两种改善基于环形谐振器的干涉式光纤陀螺性能的方案。第一种方案提出了一种基于品质因数动态可调环形谐振器的干涉式光纤陀螺。理论上研究了在这种动态可调环形谐振器中旋转对部分相干光波的效应;研究结果揭示了,和基于稳态谐振器的干涉式光纤陀螺相比,这种陀螺可以获得高出两个数量级的灵敏度-线宽乘积。因此,这种陀螺不仅可以用极短的光纤长度获得极高而且均匀的灵敏度,而且不再需要窄线宽激光光源和复杂的激光频率稳定装置。第二种方案提出了一种适合基于环形谐振器的干涉式光纤陀螺的方波相位偏置调制方案。通过理论研究揭示了,在这种方波调制下,这种陀螺对于低旋转速度的传感灵敏度得到极大提高,并且仅用很短的光纤长度就可以获得极高的灵敏度。因此,这种方波相位调制方案使得高灵敏度高集成度的基于环形谐振器的闭环干涉式光纤陀螺成为可能。本文的研究工作提升了稳态单个环形谐振器的性能,使得基于环形谐振器的应用,比如光学传感器、光开关、光学路由器、分插滤波器、波分复用器、梳状滤波器、和干涉式光纤陀螺等更加灵活、更有实用性、更有前景。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TN629.1
【部分图文】：

1-10 单个环形谐振器耦合马赫-曾德尔干涉仪结构的示意图10 Schematic of the single ring resonator coupled MZI configu器耦合干涉仪结构是由 J. E. Heebner 等在 1999 年形谐振器耦合马赫-曾德尔干涉仪结构。J. E. Heebn论计算了单个环形谐振器耦合马赫-曾德尔干涉仪结

环形线和微盘耦合结构在不同的距离下的测量ransmission spectra of the the microtoroid coupledunder various distances[53]环形谐振器结构中实现法诺共振一般需要振响应和非共振响应之间的干涉，而且法的两束或几束光波之间的相位差进行调节仅是共振响应和非共振响应之间的相位差的色散和最终形成的法诺共振光谱线型插滤波器和波分复用器时钟频率越来越高，与处理器结合的光学渐地在集成度水平、价格、带宽等方面展为优越的性能[54]。为了使得光学互联器波分复用技术（WDM）通常都会被采用栅[58, 59]、和多阶马赫-曾德尔干涉仪[59, 60

图 1-25 八个波长通道的波分复用器的显微镜图片[62]l micrograph of the fabricated eight-channel wavelength d
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 刘秋满,蔡德所;浅谈光纤陀螺技术及其工程应用[J];自动化与仪表;2005年02期

2 陈塞崎,袁冬莉,闫建国,贾伟,周健;光纤陀螺综述[J];光纤与电缆及其应用技术;2005年06期

3 邹燕;刘军;李鹏;;低成本光纤陀螺及其军事应用[J];激光与红外;2005年12期

4 杨远洪;申彤;郭锦锦;;光纤陀螺技术及应用[J];红外与激光工程;2007年05期

5 张延顺;黄萍;李红;;光纤陀螺测试系统研究及应用[J];电子质量;2008年04期

6 孙平;肖凯;刘昆;;光纤陀螺组件标定测试系统设计[J];传感器与微系统;2008年05期

7 毛耀;马佳光;包启亮;;光纤陀螺时滞环节的实时补偿技术[J];光电工程;2009年02期

8 ;《光纤陀螺及其应用》[J];红外与激光工程;2009年01期

9 ;《光纤陀螺及其应用》[J];红外与激光工程;2009年02期

10 李敏;张春熹;宋凝芳;金靖;;基于伪随机辨识的光纤陀螺前向增益估计[J];光电工程;2009年05期

相关博士学位论文 前10条

1 党淑雯;光纤陀螺的信号分析及滤波技术研究[D];上海交通大学;2010年

2 陈世同;高精度光纤陀螺建模及信号处理技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 张学楠;环形谐振器中的可调控干涉特性研究[D];哈尔滨工业大学;2015年

4 韩军良;光纤陀螺的误差分析、建模及滤波研究[D];哈尔滨工业大学;2008年

5 王立辉;消偏型光纤陀螺仪关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年

6 张琛;光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

7 李颖;慢光光纤陀螺关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

8 段苛苛;基于光纤陀螺的寻北系统关键技术研究[D];北京交通大学;2014年

9 张伟;基于开环光纤陀螺控制的无人作战平台稳定技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

10 张娜;光纤陀螺的动态性能研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 凌冬;光纤陀螺实时去噪技术及其测试分析平台的实现研究[D];南京航空航天大学;2008年

2 余慧;光纤陀螺动态特性的测试与分析[D];哈尔滨工程大学;2009年

3 肖德航;瑞利式光纤陀螺的理论与实验研究[D];黑龙江大学;2008年

4 王珺;光纤陀螺动态测试与噪声分析的研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

5 嵩甲晨;基于光纤陀螺的寻北仪技术研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

6 毛宁;光纤陀螺特性分析与热平衡研究[D];长春理工大学;2006年

7 吴军伟;光纤陀螺数字信号处理系统研究与实现[D];哈尔滨工程大学;2005年

8 王长伟;光纤陀螺稳定性研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

9 张芳;光纤陀螺寻北系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

10 郑秋丽;光纤陀螺寻北仪误差分析及补偿技术研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

本文编号：2876532