大范围波长可调的聚合物波导布拉格光栅的研究与设计

发布时间：2017-04-08 15:06

  本文关键词：大范围波长可调的聚合物波导布拉格光栅的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文开展了对1550nm光通信波段的聚合物波导布拉格光栅的研究。波导布拉格光栅通过传输模式之间的耦合实现对入射波的反射,是集成光学领域中重要光子器件之一。波导布拉格光栅可分为起伏型结构及折射率调制型结构两种。本文首先针对侧壁起伏型的布拉格光栅结构,利用有效折射率法、耦合模理论及传输矩阵法等方法设计了三阶聚合物波导光栅,并对光栅参数进行了优化,主要内容包括:确定矩形波导的单模传输下尺寸;研究相关结构参数对波导光栅传输特性的影响;利用切趾技术实现对光栅旁瓣的抑制;探究该聚合物波导光栅的偏振相关性。其次结合聚合物材料优良的热光特性,实现了波导布拉格光栅中心波长可调。进一步,为了改善调谐特性,提出如下结构改进:首先,优化了热电极位置,提高芯层及其附近区域受热效率;其次,提出在芯层两侧设置对称空气沟槽的方案,将热电极能量限制在波导芯层及其附近区域,提高了其受热均匀性。与传统的热光器件结构相比,最终设计的波导布拉格光栅具有强受热性、高热均匀性和低热串扰性,从而提升了波长调谐灵敏度,实现大范围的波长可调。最后针对光子器件的数值计算方法,建立了一种基于小波基的时域有限差分法,并实现并行化运算。相较于传统标准的时域有限差分法,该方法具有更好的数值色散特性,允许在计算中采用较大的空间网格分辨率,因此显著减少内存的使用,而并行化计算则大大减少了运算时间。进一步,分析了在并行计算环境下影响运算效率的主要因素;为了估计模拟所需运算时间,建立了一个简单的运算时间模型,时间模型的拟合结果与实际运算时间相当吻合。
【关键词】：聚合物 波导布拉格光栅 热光效应 时域有限差分法 小波变换
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 专用术语注释表8-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 引言9-12
• 1.1.1 光集成技术9-10
• 1.1.2 光集成器件的材料10-12
• 1.2 波导布拉格光栅概述12-14
• 1.2.1 波导光栅定义及分类12-13
• 1.2.2 波导布拉格光栅工作原理及应用13-14
• 1.3 聚合物波导布拉格光栅进展14-16
• 1.3.1 波导光栅的起源与发展14-15
• 1.3.2 聚合物波导布拉格光栅的研究现状15-16
• 1.4 主要任务和内容安排16-18
• 第二章 波导光栅相关理论18-31
• 2.1 平板波导理论18-21
• 2.1.1 平板波导的模式理论18-20
• 2.1.2 截止波长及单模条件20-21
• 2.2 条形光波导及其分析方法21-25
• 2.2.1 马卡提里近似法21-23
• 2.2.2 有效折射率法23-25
• 2.3 波导光栅分析方法25-30
• 2.3.1 耦合模理论25-28
• 2.3.2 传输矩阵法28-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 布拉格光栅的设计与研究31-42
• 3.1 单模矩形波导的设计31-33
• 3.2 波导布拉格光栅的设计33-38
• 3.2.1 光栅的传输特性34-37
• 3.2.2 光栅偏振相关特性37-38
• 3.3 波导布拉格切趾光栅38-40
• 3.4 本章总结40-42
• 第四章 热光可调波导布拉格光栅的设计42-55
• 4.1 热传导理论及热学模型的建立42-45
• 4.2 热光可调布拉格光栅45-47
• 4.2.1 热光效应45
• 4.2.2 波导包层结构设计45-46
• 4.2.3 热光调制波导布拉格的模拟46-47
• 4.3 热光可调波导布拉格光栅的优化设计47-54
• 4.3.1 热电极位置的优化设计47-50
• 4.3.2 空气沟槽的建立50-53
• 4.3.3 通道间热串扰的影响53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第五章 基于小波基的时域有限差分法的并行计算55-64
• 5.1 基于小波基的FDTD方法的并行化55-59
• 5.1.1 基于小波基的FDTD方法56-57
• 5.1.2 并行化57-59
• 5.2 并行化的计算效率及分析59-63
• 5.2.1 并行计算模型的有效性59-60
• 5.2.2 并行计算效率及影响因素60-62
• 5.2.3 并行计算运算时间模型62-63
• 5.3 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-65
• 参考文献65-69
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文69-70
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目70-71
• 致谢71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 洪从胜,徐新华,吕昌贵,徐春祥,崔一平;切趾光纤光栅技术及其研究进展[J];光电子技术与信息;2002年03期

  本文关键词：大范围波长可调的聚合物波导布拉格光栅的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：293104