基于微環(huán)諧振器的光學(xué)濾波器設(shè)計(jì).pdf

1、隨著全球信息化的到來(lái),人們對(duì)信息量的需求越來(lái)越大。為人們提供大容量、高速率的光通信網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于集成光學(xué)器件具有模塊化、小型化等特點(diǎn),大規(guī)模集成光路是未來(lái)光通信器件發(fā)展的主流方向。微環(huán)諧振器(簡(jiǎn)稱(chēng)微環(huán)),具有功能多、良好的波長(zhǎng)選擇性等優(yōu)點(diǎn),其微納米量級(jí)的尺寸非常適于大規(guī)模單片緊密集成,同時(shí)能實(shí)現(xiàn)包括濾波器、延遲線、緩存器、激光器、路由器、波長(zhǎng)復(fù)用/解復(fù)用器、光開(kāi)關(guān)、調(diào)制器、波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器、碼型轉(zhuǎn)換、邏輯門(mén)和傳感器等功

2、能單元,功能非常強(qiáng)大,因此微環(huán)已成為光纖通信和集成光學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
　　本文首先介紹了微環(huán)諧振器的基本結(jié)構(gòu)和發(fā)展現(xiàn)狀,給出了微環(huán)諧振器的功能指標(biāo),總結(jié)了微環(huán)諧振器的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)。分析微環(huán)諧振器的基本工作原理,與FP濾波器進(jìn)行了比較。定性分析了微環(huán)諧振器的標(biāo)準(zhǔn)模型。微環(huán)諧振器由為兩段彎曲波導(dǎo)和兩個(gè)彎直波導(dǎo)耦合器組成,由彎曲波導(dǎo)的傳播常數(shù)和彎直波導(dǎo)耦合器的散射矩陣可以確定整個(gè)微環(huán)諧振器的傳輸特性。
　　從微環(huán)的理論模型出

3、發(fā),依據(jù)耦合模理論,運(yùn)用傳輸矩陣法研究了微環(huán)的功率傳輸?shù)忍匦浴?duì)波導(dǎo)間的耦合情況進(jìn)行了分析,把環(huán)形波導(dǎo)和直波導(dǎo)間的耦合看成兩彎曲波導(dǎo)間耦合的一種特例,分析影響耦合效率的相關(guān)因素,并對(duì)耦合效率進(jìn)行了模擬仿真。
　　介紹了微環(huán)諧振器的兩種數(shù)值模擬方法:時(shí)域有限差分法(FDTD)和光束傳播法(BPM)。對(duì)于FDTD方法,分析了模擬時(shí)間、數(shù)值色散對(duì)模對(duì)模擬結(jié)果的影響,從而給出了選取時(shí)間、時(shí)間步長(zhǎng)和格點(diǎn)的基本原則。對(duì)于BPM方法,討論了其模

4、擬微環(huán)諧振器傳輸特性的基本思路,利用BPM計(jì)算光波導(dǎo)模式,討論了BPM的邊界條件,并模擬了微環(huán)諧振器耦合效率。通過(guò)比較這兩種方法發(fā)現(xiàn)FDTD適合于小尺寸微環(huán)的模擬分析,而B(niǎo)PM適合于大尺寸微環(huán)的模擬分析。
　　在前面分析的基礎(chǔ)上,模擬了微環(huán)半徑、波導(dǎo)間距、波導(dǎo)厚度、折射率差等結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳輸特性的影響,結(jié)果表明:微環(huán)半徑變小,微環(huán)的彎曲損耗就會(huì)變大,品質(zhì)因子變大,自由光譜范圍變大;波導(dǎo)間距的增大使振幅耦合比率減小;相對(duì)微環(huán)半徑,波導(dǎo)