LiNbO-,3-光纖型行波光調(diào)制器的有限元研究及設(shè)計.pdf

1、外調(diào)制器是高速光通信系統(tǒng)中研究最多的領(lǐng)域之一，它對克服直接調(diào)制情況下的電子瓶頸具有重要意義。其中LiNbO3波導(dǎo)型行波光調(diào)制器是研究的最早、技術(shù)最為成熟、性能最為穩(wěn)定的光調(diào)制器，但是由于這種調(diào)制器的光波導(dǎo)和襯底采用的都是高介電常數(shù)的LiNbO3材料，微波和光波的相速很難實現(xiàn)完全匹配，限制了帶寬的進一步提高。 本論文針對LiNbO3波導(dǎo)型行波光調(diào)制器的局限性，首次提出了一種新的設(shè)計光調(diào)制器的思路——LiNbO3光纖型行波光調(diào)制器，

2、它用化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定、介電常數(shù)低的SiO2材料取代介電常數(shù)高的LiNbO3材料作為襯底，同時用方形截面的LiNbO3光纖取代LiNbO3波導(dǎo)作為光傳輸媒介。這種設(shè)計使得整個調(diào)制器的等效介電常數(shù)明顯降低，可以獲得比具有相同電極的LiNbO3波導(dǎo)型行波光調(diào)制器更高的調(diào)制帶寬。由于同是采用M-Z干涉計型實現(xiàn)強度調(diào)制的，因此可以借鑒M-Z干涉計型LiNbO3波導(dǎo)行波光調(diào)制器的成功經(jīng)驗來分析、計算與設(shè)計。 本論文采用有限元法對無介質(zhì)覆蓋層

3、和有介質(zhì)覆蓋層兩種電極結(jié)構(gòu)的LiNbO3光纖型行波光調(diào)制器進行分析，對開放邊界問題的處理，首次采用了精度較高的無限元法，經(jīng)過網(wǎng)格劃分、求解之后，得到了兩種電極結(jié)構(gòu)的LiNbO3光纖型行波光調(diào)制器的等效折射率、特征阻抗、調(diào)制帶寬、微波傳輸損耗和半波電壓等參數(shù)的變化規(guī)律及兩者之間的比較。經(jīng)分析表明，有介質(zhì)覆蓋層的調(diào)制器容易達到阻抗匹配，但調(diào)制帶寬較無介質(zhì)覆蓋層的調(diào)制器有所降低。 本論文首次采用基于有限元法的優(yōu)化方法對兩種電極結(jié)構(gòu)的調(diào)

4、制器進行優(yōu)化設(shè)計，該優(yōu)化方法具有操作簡單，收斂速度快等特點。經(jīng)過優(yōu)化比較，最終得到無介質(zhì)覆蓋層的調(diào)制器的理論調(diào)制帶寬高達500GHz，特征阻抗59Ω；無介質(zhì)覆蓋層的調(diào)制器的特征阻抗為50.56Ω，而且調(diào)制帶寬也高達240GHz；并且兩種調(diào)制器的半波電壓和損耗系數(shù)均小于傳統(tǒng)的LiNbO3波導(dǎo)型行波光調(diào)制器。 本論文針對這兩種電極的調(diào)制器，對它們的光特性進行了分析，得到了沿晶體光纖橫截面垂直中線和水平中線的折射率變化，進而得到了輸出