基于马赫曾德尔干涉仪的铌酸锂电光模式转换器研究

发布时间：2017-10-06 06:44

  本文关键词：基于马赫曾德尔干涉仪的铌酸锂电光模式转换器研究

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【摘要】：随着移动互联网、多媒体等业务的迅猛发展,用户对传输带宽的需求也随之增长。而随着偏振态复用、正交频分复用等技术的应用,单模光纤为传输媒介的光纤通信系统的传输容量,已经非常接近其理论极限,无法继续满足日益增长的用户需求。因此,开发空间维度进行空分复用,是进一步提高光纤通信系统传输容量的重要途径。以少模光纤为传输媒介的模分复用技术是空分复用技术中重要的技术方案之一,具有良好的应用前景。模式转换技术和模式复用技术,是实现模分复用光纤通信系统的关键技术,近年来,有大量的研究机构致力于这方面的研究,目前已经有多种方案被提出或验证。性能优良的模式转换器、模式复用器应该具有较低的插入损耗,较低的串扰,较大的工作波长范围,同时调谐特性、重构性等也是评价器件性能的重要指标。而未来的光网络将呈现更加智能化的特点,光器件作为光网络的基础,灵活的工作特性更符合未来光网络智能化的发展方向。本文以模式转换技术和模式复用技术的发展现状为基础,结合未来光网络的发展方向,致力于研究具有灵活工作特性的模式转换器和模式复用器,提出了基于铌酸锂马赫曾德尔干涉仪的电光模式转换器和铌酸锂非对称Y分支模式复用器。基于铌酸锂马赫曾德尔干涉仪的电光模式转换器,利用铌酸锂材料的电光效应来控制模式之间的转换,具有重构性,转换速度快,其工作波长可以通过改变驱动电压调谐,具有较大的工作带宽,驱动电压较小；基于铌酸锂非对称Y分支模式复用器,能够实现模式的转换和复用；将非对称Y分支模式复用器和马赫曾德尔干涉电光模式转换器级联,可以构成具有一定路由功能的电光模式开关。本文对所提出的器件,进行了仿真分析和实验制作,对器件的工作性能进行了测试。实验结果表明,制作的铌酸锂马赫曾德尔干涉仪电光模式转换器,可以实现少模光纤中LP01模式和LP11a模式之间的相互转换,模式隔离度可达到28 dB以上,具有良好电光调谐特性,通过控制驱动电压的大小来调谐模式转换器的工作波长,调谐灵敏度为67.9 nm/V,在温度为26℃的条件下,所需的驱动电压小于3 V,模式转换器的工作波长即可覆盖C+L波段；而制作的铌酸锂非对称Y分支模式复用器,能够实现少模光纤中LP01模式和LP11a模式的转换和复用,在C波段范围内,模式隔离度可达到10 dB-15 dB,通过进一步优化非对称Y分支模式复用器的设计参数,可以进一步提高模式隔离度。实验测量的结果和仿真结果能够较好得符合。综上,论文通过仿真和实验验证了所提出的模式转换器和模式复用器,在未来以少模光纤为传输媒介的模分复用光纤通信系统中,具有良好的应用价值。
【关键词】：空分复用 少模光纤通信 模式转换与复用 铌酸锂光波导
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.3;TH867.91;TN929.11
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 研究工作的背景15
• 1.2 模式激励、转换与复用技术15-18
• 1.3 本文的主要贡献与创新18-19
• 1.4 论文的结构安排19-20
• 第二章 理论分析与仿真20-35
• 2.1 APE铌酸锂光波导的折射率分布20-21
• 2.2 渐变折射率分布光波导的分析计算21-25
• 2.2.1 改进的WKB分析法21-24
• 2.2.2 有效折射率法分析条形扩散光波导24-25
• 2.3 APE条形光波导的模式色散特性25-26
• 2.4 铌酸锂MZI电光模式转换器26-30
• 2.4.1 结构与原理26-27
• 2.4.2 电光调谐特性27-28
• 2.4.3 传输光谱28-30
• 2.4.4 MZI电光模式转换器性能分析30
• 2.5 非对称Y分支模式复用器30-33
• 2.6 电光模式开关33-34
• 2.7 本章小结34-35
• 第三章 实验制作35-44
• 3.1 铌酸锂光波导的制作工艺35-36
• 3.2 APE条形光波导有效折射率的测量36-38
• 3.3 铌酸锂MZI电光模式转换器的设计和制作38-41
• 3.3.1 掩模板设计38-39
• 3.3.2 MZI光波导的制作39-40
• 3.3.3 调谐电极的制作40-41
• 3.4 非对称Y分支的设计和制作41-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 工作特性测试44-54
• 4.1 铌酸锂MZI电光模式转换器的性能测试44-50
• 4.1.1 传输光谱的测量44-48
• 4.1.2 模场光斑48
• 4.1.3 损耗的测量48-49
• 4.1.4 温度特性的测量49-50
• 4.2 铌酸锂非对称Y分支模式复用器的性能测试50-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 5.1 总结与不足54
• 5.2 后续展望54-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 攻读硕士学位期间取得的成果62

【参考文献】

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1 李金洋;逯丹凤;祁志美;;铌酸锂波导电光重叠积分因子的波长依赖特性分析[J];物理学报;2014年07期

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本文编号：981310