基于硅基/硫族化物波导的高分辨率全光量化方法研究
发布时间：2021-10-15 19:04
进入数字化信息时代以来,模数转换器已被广泛应用于生产生活中的各个重要领域,并被视为数字信号处理技术中的关键技术。与电子器件相比,光模数转换器能够克服其具有的不稳定因素,目前已提出的大多数全光量化解决方案均利用km级的长距离光纤中的非线性效应实现量化,然而长距离光纤并不利于信号处理系统中器件的集成。因而本文主要讨论了硅基波导在全光量化方案中的相关应用。本文介绍了模数转换器和全光模数转换的发展历史以及实现方案,并重点介绍了基于孤子自频移的量化方案以及基于此方案下量化比特的提高方法。从麦克斯韦方程组推导广义非线性薛定谔方程,并阐述了求解该方程的两种数值解法,即分步傅里叶法和龙格库塔法。阐述了光波导的色散效应和非线性效应。从光子集成技术出发,分析了硫族化物硅基波导相比传统SOI在性能和制备上的优势,详细介绍了硅基波导的四种结构。分别设计了用于实现孤子自频移以及频谱压缩的普通槽型波导和锥形槽型波导。仿真分析了两种波导结构的色散和非线性参数,验证了输入脉冲参数对孤子自频移过程和频谱压缩过程的影响。然后提出了一种基于硫族化物硅基波导实现全光量化的级联方案,基于孤子自频移和色散递增频谱压缩理论,仿真研...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１?（ａ）垂直槽型ＳＯＩ?（ｂ）水平槽型ＳＯＩ?（ｃ）垂直槽型ＳＯＩ，上包层为空气（ｄ）水平槽型ＳＯＬ??上包层为空气??
??波导宽度为２９５?ｎｍ。波导长度为６?ｃｍ。图３．２（ｂ）是利用Ｃｏｍｓｏｌ软件仿真得到的??１５５０?ｎｍ波长超短光脉冲ｑｕａｓｉ－ＴＭ模的模场分布，可以看出，大部分能量被限??制在夹层中。??＂＂■＇ｌｌ—＇ｎ＃妫妫牐В???????０?ｎＡｓ２Ｓ３??Ｃ??①??＞?３．０?＾?＾??２?、、、??ＣＤ?？?＇?？??ａ：??２．５?－??１．４?１．５?１．６?１．７?１．８?１．９?２．０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｕｍ）??（ａ）???１?６??＾?０－２４?－?；??°Ｅ?ｆ４??ｅ?０．２０?＼?ｚｅｒｏ?ｄｉｓｐｅｒｓｉｏｎ?，?－?２?—??〇?＼?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓ?／?／?专??Ｓ?０．１２?－?飞，??ｕ］?＿?＿＿一－＾』?＇?－４??０．０８?１?１?１?１??？??１．４?１．６?１．８?２，０??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｊａｍ）??（ｂ）??图３．３?ＣＳＳＷｊ＾（ａ）有效折射率曲线（ｂ）群速度色散参量及有效模场面积曲线??根据基模的有效模折射率可计算出波导的非线性系数和色散系数。图３．３（ａ）红??线所示为有效折射率变化曲线，在１．４?ｐｍ到２．０?ｐｍ波长范围内有效折??射率其值从３．０７２递减到２．７０３。为了比较，图中给出了材料Ａｓ２Ｓ３［２８＿２９］和硅［２９］??在此波长范围内的折射率曲线，分别用黄线与蓝线画出。图３．３（ｂ）是ＣＳＳＷｊｔ??色散和有效模场面积曲线。图中存在两个零色散点
当输入光脉冲峰值功率为４．２２?Ｗ，孤子阶数约视为１．５阶孤子，我们将此１．５??阶孤子脉冲输入到光纤中，并观察其孤子自频移的现象。时域图、频域图以及频??域热度图分别如图３．５所示，其中蓝色虚线表示输入脉冲的频域和时域谱，红色??实线表示的是输出脉冲的时域和频域谱，从时域图可以看出，输入的光脉冲经过??大概３．５?ｐｓ后传输到６?ｃｍ波导的另一端，从频域图可以看出脉冲频谱发生红移，??频谱偏移量为８４．９５?ｎｍ，主脉冲的峰值功率降低，并且伴随着旁瓣的产生，从理??论上分析，这是由于二阶孤子在硅基波导中传输受到高阶色散的作用从而发生了??孤子分裂现象。旁瓣孤子的产生会减小主峰孤子的功率。同样孤子自频移以及孤??子分裂现象同样可以从热度图中看出。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Six-bit all-optical quantization using photonic crystal fiber with soliton self-frequency shift and pre-chirp spectral compression techniques[J]. 康哲,苑金辉,李莎,解松霖,颜玢玢,桑新柱,余重秀. Chinese Physics B. 2013(11)
本文编号：3438469
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３．１?（ａ）垂直槽型ＳＯＩ?（ｂ）水平槽型ＳＯＩ?（ｃ）垂直槽型ＳＯＩ，上包层为空气（ｄ）水平槽型ＳＯＬ??上包层为空气??
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当输入光脉冲峰值功率为４．２２?Ｗ，孤子阶数约视为１．５阶孤子，我们将此１．５??阶孤子脉冲输入到光纤中，并观察其孤子自频移的现象。时域图、频域图以及频??域热度图分别如图３．５所示，其中蓝色虚线表示输入脉冲的频域和时域谱，红色??实线表示的是输出脉冲的时域和频域谱，从时域图可以看出，输入的光脉冲经过??大概３．５?ｐｓ后传输到６?ｃｍ波导的另一端，从频域图可以看出脉冲频谱发生红移，??频谱偏移量为８４．９５?ｎｍ，主脉冲的峰值功率降低，并且伴随着旁瓣的产生，从理??论上分析，这是由于二阶孤子在硅基波导中传输受到高阶色散的作用从而发生了??孤子分裂现象。旁瓣孤子的产生会减小主峰孤子的功率。同样孤子自频移以及孤??子分裂现象同样可以从热度图中看出。??２２??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Six-bit all-optical quantization using photonic crystal fiber with soliton self-frequency shift and pre-chirp spectral compression techniques[J]. 康哲,苑金辉,李莎,解松霖,颜玢玢,桑新柱,余重秀. Chinese Physics B. 2013(11)
本文编号：3438469
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