光子晶體多模干涉耦合器研究.pdf

1、光耦合器是光通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡中的關鍵器件。基于自鏡像效應的多模干涉(MMI)波導型光耦合器具有結構緊湊、插入損耗低、帶寬大、制作容差大等優(yōu)點，日益得到重視。與普通波導的MMI耦合器相比，光子晶體MMI耦合器具有更強的光約束能力和較低的偏振敏感性，且結構更為緊湊，容易實現(xiàn)大規(guī)模集成。目前國際上對光子晶體多模干涉耦合器的研究，鮮有論文發(fā)表。本文圍繞光子晶體多模干涉耦合器的理論分析和優(yōu)化設計展開工作。 本文首先介紹了普通波導多模干涉耦合

2、器和光子晶體多模干涉耦合器的基本概念，綜述了國內外的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢和應用前景，詳細分析了多模干涉自鏡像效應的原理及其理論研究方法，研究了普通多模干涉和重疊多模干涉自鏡像效應的成像規(guī)律，給出了自鏡像的振幅及其相位關系，并進一步探討了減小器件長度的方法。 在此基礎上，本文接著詳細研究了光子晶體中的多模干涉自鏡像效應。利用平面波展開法(PWE)分析了光子晶體的能帶結構、線缺陷模式并給出了本征模的模場分布，既而采用時域有限差分法(F

3、DTD)分析了線缺陷多模光子晶體中的自鏡像效應，為優(yōu)化設計光子晶體多模干涉型器件奠定了基礎。 本文最后設計并優(yōu)化了 1×2 光子晶體多模干涉耦合器模型，多模區(qū)長、寬分別為4.092μm、3.472μm，插入損耗0.289dB，分光比為1.003:1；2×2直通態(tài)耦合器，多模區(qū)長、寬分別為8.432μm、2.852μm，插入損耗0.46dB，消光比10.21dB；2×2交叉態(tài)耦合器，多模區(qū)長、寬分別為4.092μm、2.852μm

4、，插入損耗0.478dB，消光比19.67dB的；2×2 3dB型耦合器，多模區(qū)長、寬分別為9.052μm、2.852μm，插入損耗0.421dB，分光比0.923:1；1.3μm/1.55μm粗波分復用/解復用器，其多模區(qū)長、寬分別為14.632μm、3.472μm，插入損耗和隔離度分別為：1.3μm時，插入損耗為0.22dB、隔離度為14.8dB。1.55μm時，插入損耗為0.12dB、隔離度為10.8dB；可變多模區(qū)1×2耦合器，