平板光波导的矩阵方法及硅波导耦合的模拟研究

发布时间：2021-03-29 13:44

　　集成光学是集光电子学、光波导理论、激光技术和微电子学等于一体的交叉学科,主要研究和开发光通信、光学信息处理、光子计算机和光传感等所需的多功能、稳定、可靠的光集成体系和混合光电集成体系。在集成光路中,把各个分立元件连结起来的关键元件就是光波导,其中平板光波导是集成光学中非常重要的一种波导模型,它的导模和辐射模的场分布相对简单,另外它还是各种复杂光波导的基本单元。因此,本文提出了使用矩阵理论来研究平板光波导的传播模式的方法。光源小型化对于集成光路是非常重要的,芯片上的单片光源对光互连来说是绝对必要的。因此,本文提出了一种将边发射激光器与硅波导耦合的设计方法。光纤与硅波导的耦合是集成光子学中实现芯片与芯片互联时的基本问题。因此,本文提出了一种使用等离子体波导实现光纤与硅波导耦合的设计方法。这三部分的主要工作如下:（1）平板光波导又称二维平面光波导,可以看成多层的堆栈,当平面波入射在层状介质中,在每一层边界上发生反射和透射,此时,可以使用矩阵方法来表示各层介质边界上的前向和后向波的复振幅,并写出传输矩阵。在导波模式下,二维波导在边界上可以认为没有输入只有输出,此时传输矩阵的复元素D=0,我们可... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：121 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 问题的提出及研究意义
        1.2.1 问题的提出
        1.2.2 研究的意义
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 平板光波导基本理论的研究现状
        1.3.2 半导体激光器与硅波导耦合的研究现状
        1.3.3 光纤与硅波导耦合的研究现状
    1.4 本文研究的目的和研究内容
        1.4.1 本文研究的目的
        1.4.2 本文研究的内容
2 光波导的理论分析与光波导耦合
    2.1 引言
    2.2 平板光波导的理论分析
        2.2.1 光波导的射线分析法
        2.2.2 光波导的电磁分析法
    2.3 矩形波导的分析基础
    2.4 光波导器件和传感器
    2.5 光耦合
    2.6 时域有限差分法
    2.7 支持向量机在耦合器设计中的回归分析
        2.7.1 统计学习理论和支持向量机
        2.7.2 支持向量机参数优化
        2.7.3 支持向量回归模型的性能评价
3 平板光波导的矩阵方法研究
    3.1 矩阵方法
        3.1.1 矩阵方法理论
        3.1.2 传输矩阵模式
    3.2 平板光波导的边界条件
    3.3 结果分析
        3.3.1 阶跃折射率波导
        3.3.2 渐变折射率波导
        3.3.3 槽波导
        3.3.4 等离子体波导
    3.4 小结
4 半导体激光器与硅波导的耦合研究
    4.1 半导体激光器
        4.1.1 半导体激光器的发展
        4.1.2 半导体激光器的工作原理
    4.2 耦合器的设计
    4.3 耦合结果分析
        4.3.1 InGaAsP/InP激光器耦合效率
        4.3.2 Ge/Si氧化物激光器耦合效率
    4.4 耦合损耗分析
        4.4.1 InGaAsP/InP激光器耦合损耗
        4.4.2 Ge/Si氧化物激光器耦合损耗
    4.5 基于支持向量机的耦合效率回归分析
    4.6 小结
5 光纤与硅波导的耦合研究
    5.1 引言
    5.2 耦合器的设计
    5.3 耦合结果分析
        5.3.1 等离子体波导模式匹配
        5.3.2 硅波导模式匹配
        5.3.3 耦合效率与间隙、横向偏移和纵向偏移的关系
        5.3.4 光谱特性分析
    5.4 基于支持向量机的耦合效率回归分析
    5.5 小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 创新点
    6.3 后续研究工作的展望
参考文献
附录
    A 作者在攻读博士学位期间发表及完成的论文
    B 作者在攻读学位期间参加的项目
    C 学位论文数据集
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Configuration of an optical waveguide interconnect mesh network based on EOPCB[J]. 罗风光,宗良佳.  Chinese Optics Letters. 2010(02)
[2]基于4×4 mesh光互连网络的EOPCB设计[J]. 李斌,罗风光,余志华,周伟林.  华中科技大学学报(自然科学版). 2009(12)
[3]基于时域有限差分法分析等离子波导和介质波导耦合[J]. 王小龙,张波.  应用光学. 2009(05)
[4]蚁群算法理论及应用研究[J]. 吴诗娟,李旭伟.  硅谷. 2009(03)
[5]一种有效的全局优化算法——模拟退火算法[J]. 汪灵枝,周优军.  柳州师专学报. 2005(02)
[6]蚁群算法的理论与应用[J]. 王剑,李平,杨春节.  机电工程. 2003(05)
[7]高功率二极管激光器的技术现状、工业应用及未来展望[J]. 宋晓舒.  光机电信息. 2003(08)
[8]各种激光器在生物医学领域的应用——从显微术到外科手术[J]. 王立斌.  光机电信息. 2002(12)
[9]高功率激光二极管阵列及其应用[J]. 王乐,曹玉莲,刘云,王立军.  吉林大学学报(信息科学版). 2002(02)
[10]激光在现代军事中的应用[J]. 王乐.  光机电信息. 2002(06)

博士论文
[1]基于SVR的碳基及其复合材料的物理性能研究[D]. 程文德.重庆大学 2017

硕士论文
[1]表面等离子体波导研究与折射率传感器设计[D]. 李敏钰.北京交通大学 2010



本文编号：3107646