硅基波导OAM产生器的设计与性能分析

发布时间：2023-12-09 12:15

　　近年来,移动互联网飞速发展,人们对通信容量的要求不断增长,已有的光纤通信系统已经很难满足人们的需求,光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)作为一种新涌现的技术提供了一条解决途径。与传统光通信相比,携带OAM的光束具有新的自由度,使得其复用技术在提高系统的信道容量和频谱利用率方面具有独特的优势。为了实现OAM复用通信,面临的首要问题是产生OAM涡旋光束。目前已有的产生OAM光束的器件,存在尺寸过大、非平面以及系统复杂等问题,难以集成以适应OAM光通信系统的需要。本文提出一种便于集成的基于硅基波导OAM产生器,该器件主要由二个平行波导组成的耦合结构和条形波导构成的相移器组成。首先分析了光轨道角动量的产生方法和原理,然后在此基础上设计了耦合结构和相移器的结构,接着,分析了不同结构参数OAM产生器性能的影响。通过调整波导的宽度与耦合长度,改变沟槽长度和位置等,采用时域有限差分法(FDTD)进行优化与性能分析。结果表明:经过优化后的OAM产生器可以实现OAM_?1的产生,结构紧凑,损耗小(<0.16dB),器件尺寸仅为33μm×2μm...

【文章页数】：65 页

【学位级别】：硕士

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摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 OAM光的研究进展和意义
    1.2 光轨道角动量的应用
    1.3 光轨道角动量的产生方法及研究现状
    1.4 论文研究工作及安排
第二章 基本理论及数值模拟方法
    2.1 波导中的矢量模式
    2.2 光波导中的模式耦合理论
        2.2.1 耦合模方程
        2.2.2 耦合功率方程
        2.2.3 条型波导中传播常数求解方法
    2.3 利用波导产生涡旋光原理分析
        2.3.1 涡旋光产生的模式组合原理
        2.3.2 涡旋光产生的相移原理
    2.4 时域有限差分法FDTD
    2.5 软件FDTD solution对 OAM硅基波导进行模拟仿真的基本步骤
    2.6 小结
第三章 硅基波导OAM产生器的结构设计
    3.1 设计目的与设计原则
    3.2 波导材料的选择
    3.3 耦合结构的选择
    3.4 相移器的选择
    3.5 OAM产生器的结构设计
        3.5.1 耦合结构的设计
        3.5.2 相移器的设计
    3.6 小结
第四章 硅基波导OAM产生器的结构优化和性能分析
    4.1 耦合结构的参数分析
    4.2 转换效率和损耗分析
    4.3 耦合区长度与波导间隔的优化
        4.3.1 耦合区长度对性能的影响
        4.3.2 波导间隔对性能的影响
    4.4 相移器参数的优化
        4.4.1 相移器长度对性能的影响
        4.4.2 相移器位置对性能的影响
    4.5 工艺容差分析
    4.6 小结
第五章 总结与展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 OAM产生器在光通信系统中的应用
    5.3 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 攻读硕士学位期间参加的科研项目
致谢



本文编号：3871555