基于光子晶体的三模式模分复用/解复用器研究
发布时间：2020-12-08 03:38
近年来,随着移动互联网以及视频流等技术的不断发展,人类社会已经步入了一个全新的信息化时代,新信息时代对于带宽的要求已经大大超出了人们的预想。如果不及时寻求新的光传输技术,或许人类将面临容量枯竭的窘境。模分复用技术就是解决这一矛盾的关键技术,它利用不同模式的正交特性,将不同模式作为相互独立的信息载体来传输信息,可以极大提高容量带宽。在模分复用系统中模分复用/解复用器是完成模式转换与模式复用的关键器件,基于光子晶体的模分复用/解复用器件不仅具有模分复用的技术优势,同时还具有光子晶体的各种优点,是未来光网络的关键器件之一。本文首先对模式耦合理论进行分析,并对常规横向耦合结构的模式耦合进行了深入研究。然后,利用平面波展开法对二维正方晶格光子晶体波导色散特性进行研究,并利用时域有限差分法验证其耦合特性。最后,根据相位匹配原理设计了两种光子晶体三模式模分复用/解复用器。一种是主波导中含有介质柱型三模式模分复用/解复用器,另一种是主波导中不含介质柱型三模式模分复用/解复用器。主波导含介质型三模式模分复用/解复用器通过调整波导中介质柱大小得到各单模波导与多模波导。主波导不含介质柱型三模式模分复用/解复...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 模分复用技术
1.2.1 光路型
1.2.2 空间型
1.3 光子晶体概述
1.3.1 光子晶体的概念
1.3.2 光子晶体特性
1.3.3 光子晶体应用
1.4 论文的研究重点与安排
第二章 耦合模理论及光子晶体的数值计算方法
2.1 耦合模理论
2.1.1 模式耦合的概念
2.1.2 耦合波方程
2.1.3 耦合功率方程
2.1.4 超模理论
2.2 平面波展开法
2.2.1 平面波展开法的基本原理
2.2.2 二维光子晶体带隙的计算
2.2.3 超晶胞的基本理论
2.3 时域有限差分法
2.3.1 时域有限差分法的基本原理
2.3.2 二维直角坐标系中的FDTD
2.3.3 PML吸收边界条件
2.3.4 数值色散及稳定条件
2.4 本章小结
第三章 光子晶体波导模式耦合特性分析
3.1 光子晶体波导传播常数特性
3.1.1 介质柱半径对传播常数的影响
3.1.2 波导宽度对传播常数的影响
3.2 光子晶体三模式模分复用/解复用器主波导结构
3.2.1 介质柱型主波导结构
3.2.2 宽度型主波导结构
3.3 光子晶体模分复用/解复用器的耦合结构
3.4 本章小结
第四章 光子晶体三模式模分复用/解复用器的设计
4.1 模分复用/解复用器的理论模型
4.2 光子晶体模分复用/解复用器的结构设计及性能分析
4.2.1 主波导含有介质柱型模分复用/解复用器
4.2.2 主波导不含介质柱型模分复用/解复用器
4.3 光子晶体模分复用/解复用器的性能分析
4.3.1 主波导含有介质柱型模分复用/解复用器性能指标
4.3.2 主波导不含介质柱型模分复用/解复用器性能指标
4.3.3 两种模分复用/解复用器性能对比
4.4 本章小结
第五章 工艺误差对三模式模分复用/解复用器的性能影响
5.1 光子晶体制备工艺
5.2 工艺误差对三模式模分复用/解复用器的性能影响
5.2.1 波导宽度变化对器件性能影响
5.2.2 介质柱半径变化对器件性能影响
5.2.3 介质柱位置变化对器件性能影响
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究[J]. 曹晔,李荣敏,童峥嵘. 物理学报. 2013(08)
[2]一种新型高效光子晶体多信道下载滤波器的设计[J]. 余建立,沈宏君,叶松,洪求三. 光学学报. 2012(11)
[3]大模场光子晶体光纤研究进展[J]. 易昌申,张培晴,戴世勋,王训四,许银生,徐铁峰,聂秋华. 激光与光电子学进展. 2012(10)
[4]光子晶体直接耦合结构双波长THz波调制器[J]. 宋丽军,陈鹤鸣,赵新彦,汪静丽. 光通信研究. 2012(04)
[5]光控光子晶体太赫兹波调制器消光比的研究[J]. 杨小杰,陈鹤鸣,汪静丽,赵新彦,钱晨. 电子元器件应用. 2012(04)
[6]耦合模理论及其在光纤光学中的应用[J]. 钱景仁. 光学学报. 2009(05)
[7]用平面波展开方法计算二维光子晶体带隙结构[J]. 张文富,王鹏,方强,程益华. 西安邮电学院学报. 2007(03)
[8]半导体光子晶体激光器的研究进展[J]. 唐海侠,王启明. 半导体光电. 2005(03)
[9]时域有限差分法的Matlab仿真[J]. 郭春波. 现代电子技术. 2003(11)
[10]耦合波理论的一点补充[J]. 钱景仁. 物理学报. 1963(06)
博士论文
[1]基于高速大容量光纤通信用大芯径光纤及多芯光纤的研制[D]. 郑斯文.北京交通大学 2014
[2]硅基光子晶体带隙特性与波导研究[D]. 侯金.华中科技大学 2011
[3]二维光子晶体光通信功能器件的结构设计和性能研究[D]. 任宏亮.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]色散补偿光子晶体光纤的设计及特性分析[D]. 程旭.北京邮电大学 2015
[2]模分复用光传输系统的建模与仿真[D]. 刘俊彦.北京邮电大学 2015
[3]空分复用中利用空间光调制器实现对光模式的精确控制和选择方法的研究[D]. 齐晓莉.北京邮电大学 2015
[4]用于光纤模分复用的光纤模式变换和模分复用技术研究[D]. 高松.北京交通大学 2014
[5]空间模式复用光通信系统中的主模式传输研究[D]. 邓刘娇.北京邮电大学 2014
[6]大容量高速光纤通信系统中PolMux技术的研究[D]. 刘爽.西安电子科技大学 2012
[7]基于光子晶体的滤波器设计[D]. 陈超.北京邮电大学 2007
本文编号：2904386
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 模分复用技术
1.2.1 光路型
1.2.2 空间型
1.3 光子晶体概述
1.3.1 光子晶体的概念
1.3.2 光子晶体特性
1.3.3 光子晶体应用
1.4 论文的研究重点与安排
第二章 耦合模理论及光子晶体的数值计算方法
2.1 耦合模理论
2.1.1 模式耦合的概念
2.1.2 耦合波方程
2.1.3 耦合功率方程
2.1.4 超模理论
2.2 平面波展开法
2.2.1 平面波展开法的基本原理
2.2.2 二维光子晶体带隙的计算
2.2.3 超晶胞的基本理论
2.3 时域有限差分法
2.3.1 时域有限差分法的基本原理
2.3.2 二维直角坐标系中的FDTD
2.3.3 PML吸收边界条件
2.3.4 数值色散及稳定条件
2.4 本章小结
第三章 光子晶体波导模式耦合特性分析
3.1 光子晶体波导传播常数特性
3.1.1 介质柱半径对传播常数的影响
3.1.2 波导宽度对传播常数的影响
3.2 光子晶体三模式模分复用/解复用器主波导结构
3.2.1 介质柱型主波导结构
3.2.2 宽度型主波导结构
3.3 光子晶体模分复用/解复用器的耦合结构
3.4 本章小结
第四章 光子晶体三模式模分复用/解复用器的设计
4.1 模分复用/解复用器的理论模型
4.2 光子晶体模分复用/解复用器的结构设计及性能分析
4.2.1 主波导含有介质柱型模分复用/解复用器
4.2.2 主波导不含介质柱型模分复用/解复用器
4.3 光子晶体模分复用/解复用器的性能分析
4.3.1 主波导含有介质柱型模分复用/解复用器性能指标
4.3.2 主波导不含介质柱型模分复用/解复用器性能指标
4.3.3 两种模分复用/解复用器性能对比
4.4 本章小结
第五章 工艺误差对三模式模分复用/解复用器的性能影响
5.1 光子晶体制备工艺
5.2 工艺误差对三模式模分复用/解复用器的性能影响
5.2.1 波导宽度变化对器件性能影响
5.2.2 介质柱半径变化对器件性能影响
5.2.3 介质柱位置变化对器件性能影响
5.3 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 展望
参考文献
附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文
附录2 攻读硕士学位期间申请的专利
附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]一种新型高双折射光子晶体光纤特性研究[J]. 曹晔,李荣敏,童峥嵘. 物理学报. 2013(08)
[2]一种新型高效光子晶体多信道下载滤波器的设计[J]. 余建立,沈宏君,叶松,洪求三. 光学学报. 2012(11)
[3]大模场光子晶体光纤研究进展[J]. 易昌申,张培晴,戴世勋,王训四,许银生,徐铁峰,聂秋华. 激光与光电子学进展. 2012(10)
[4]光子晶体直接耦合结构双波长THz波调制器[J]. 宋丽军,陈鹤鸣,赵新彦,汪静丽. 光通信研究. 2012(04)
[5]光控光子晶体太赫兹波调制器消光比的研究[J]. 杨小杰,陈鹤鸣,汪静丽,赵新彦,钱晨. 电子元器件应用. 2012(04)
[6]耦合模理论及其在光纤光学中的应用[J]. 钱景仁. 光学学报. 2009(05)
[7]用平面波展开方法计算二维光子晶体带隙结构[J]. 张文富,王鹏,方强,程益华. 西安邮电学院学报. 2007(03)
[8]半导体光子晶体激光器的研究进展[J]. 唐海侠,王启明. 半导体光电. 2005(03)
[9]时域有限差分法的Matlab仿真[J]. 郭春波. 现代电子技术. 2003(11)
[10]耦合波理论的一点补充[J]. 钱景仁. 物理学报. 1963(06)
博士论文
[1]基于高速大容量光纤通信用大芯径光纤及多芯光纤的研制[D]. 郑斯文.北京交通大学 2014
[2]硅基光子晶体带隙特性与波导研究[D]. 侯金.华中科技大学 2011
[3]二维光子晶体光通信功能器件的结构设计和性能研究[D]. 任宏亮.上海交通大学 2008
硕士论文
[1]色散补偿光子晶体光纤的设计及特性分析[D]. 程旭.北京邮电大学 2015
[2]模分复用光传输系统的建模与仿真[D]. 刘俊彦.北京邮电大学 2015
[3]空分复用中利用空间光调制器实现对光模式的精确控制和选择方法的研究[D]. 齐晓莉.北京邮电大学 2015
[4]用于光纤模分复用的光纤模式变换和模分复用技术研究[D]. 高松.北京交通大学 2014
[5]空间模式复用光通信系统中的主模式传输研究[D]. 邓刘娇.北京邮电大学 2014
[6]大容量高速光纤通信系统中PolMux技术的研究[D]. 刘爽.西安电子科技大学 2012
[7]基于光子晶体的滤波器设计[D]. 陈超.北京邮电大学 2007
本文编号：2904386
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