阵列波导光栅波分复用器的理论设计和性能分析

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阵列波导光栅波分复用器的理论设计和性能分析

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毕业论文范文题目：阵列波导光栅波分复用器的理论设计和性能分析，论文范文关键词：阵列波导光栅波分复用器的理论设计和性能分析
阵列波导光栅波分复用器的理论设计和性能分析毕业论文范文介绍开始：
【论文摘要】：随着通信技术及其业务日新月异的飞速发展，大容量光纤通信系统已具有越来越广泛的引用前景。迄今已获得的光纤最大传输容量只相当于其潜在容量的0.24%。随着通信系统和网络带宽和容量的迅猛增长，迫切要求在原有光纤网的基础上进行改造扩容。目前有三种扩容方式：空分复用（SDM）时分复用（TDM）、波分复用（WDM）。其中波分复用尤其是密集波分复用（DWDM）技术可利用已铺设的光纤，使单根光纤的传输容量在高速率TDM的基础上成N倍的增加，能很好的挖掘光纤的传输能力。因此，它是近年来世界各国的研发热点之一。波分复用器件是波分复用系统的关键部分，可分为干涉滤光器型、光栅型和集成光波导型。集成光波导型波分复用器中最主要的是阵列波导光栅（AWG）型波分复用器。它具有波长间隔小、波通道数多、通带平坦等优点，非常适合DWDM系统。对它的研究和应用正在同时进行，基于AWG器件在WDM技术中有重要的应用前景，其研究与开发工作最近几年得到（文章此处忽略..）了很快的发展。由于AWG器件具有较好的稳定性和较低的损耗，已成为WDM系统中最有前途的复用/解复用光器件。AWG的概念首先是荷兰Delft大学的Smit在1988年提出的。其重要的应用价值引起了NTT公司和Bell实验室等的关注，研究人员在Si和InP材料上研制了不同指标的AWG器件样品并开始应用于系统。以AWG为基本结构的波长复用/解复用器是管通信网络中的关键器件。这一器件由阵列波导光栅，输入/输出波导和聚焦平板波导组成。阵列波导光栅连接两个平板波导，并由规则排列的波导构成，相邻波导的长度相差一个常数。波导长度差造成依赖于波长的波前倾斜，因此光在输出平板波导中的衍射分布依赖于光的波长或频率，阵列波导光栅的作用类似于衍射光栅。关键是阵列波导光栅工作在高衍射级数下，尽管器件尺寸在厘米量级却可以达到纳米或亚纳米量级的波长分辨率。相对于其他复用/解复用器，AWG具有以下优势：波长间隔小、信道数多、输出平坦、串扰低（本文此处忽略..）、信号畸变小、误码率低、结构紧凑、利于集成、插入损耗小、通道间串扰低、可靠性高、器件尺寸小、易实现单片集成等。AWG理论已较成熟，目前的发展方向是在改善其性能的基础上扩大其应用范围。除了复用和解复用的功能外，AWG还可以和其它器件构成波长路由器，光分插复用器，多波长光源，多波长接收器、光交叉连接、波长监测、光谱分析仪等。AWG在光纤通信中的应用日益突出。目前，国际上已做出400信道、波长间隔0.8nm、串扰低于?30dB、温度依赖性在0～85°C范围内波长漂移小于0.06nm的实用化硅基SiO2IWP=66吉林大学硕士毕业论文AWG器件。32、64及128信道满足实用化要求的器件已有销售。但是硅基SiO2AWG器件存在的主要问题是，高质量厚膜SiO2波导材料的生长比较困难，需要的设备复杂，造成器件价格一直居高不下。因此，许多研究者开始研究硅基聚合物AWG器件，这种器件具有价格便宜、工艺简单、折射率调整容易、透明性好、偏振不灵敏以及热稳定性好等优点，（本文此处忽略..）使其在与无机材料AWG器件的竞争中处于有利的地位。目前在日本、美国、德国等一些发达国家都在积极开展聚合物AWG器件的研究工作，并已取得了许多重要的进展，一些主要性能指标正逐渐达到无机AWG器件的水平。但聚合物AWG器件由于起步较晚，目前还没有达到系统化、商业化、实用化和产品化。预计硅基聚合物AWG器件研制成功后经产业化过程，批量生产将具有可观的经济效益和广阔的市场前景。本文首先介绍AWG器件的波分复用原理，给出光栅方程、角色散方程、自由光谱区的表达式、从理论上推导出波长分配原理；然后分三个层次：矩形波导、定向耦合器、弯曲波导介绍了波导设计理论，并应用该理论对器件进行设计，给出了信道波导及阵列波导的尺寸和间距、有效折射率、信道波导数和阵列波导数、相邻阵列波导长度差、平板波导焦距、自由光谱区、衍射阶数等基本物理量的表达式，根据给定的数据对33×33通道聚合物AWG确定了参数选择。接着应用AWG器件的几何构成对器（本文此处忽略..）件进行结构设计，以聚合物33×33通道AWG的参数为例给出每条阵列波导和信道波导的长度、弯曲半径、弯曲角度和相应的弯曲弧长，并给出设计版图时确定坐标位置的公式，给出了33×33通道聚合物AWG按此设计得到的版图。然后以33×33通道聚合物AWG的参数为例，对器件进行传输特性分析，传输特性包括：输入/输出平板波导中的衍射远场和功率分布、传输光谱和自由光谱区、旁瓣抑制、衍射效率、带宽、串扰、偏振相关性、温度系数等。最后针对星形耦合器带来的相差进行分析。AWG中的星形耦合器一般包含罗兰圆结构，但是传统的罗兰圆形凹面光栅只能消除二阶像差，当器件通道数很大时，它将给边缘通道带来很大的像差，严重影响着光谱响应。为了提高AWG器件的性能，我们用基于像差理论的StigmaticPoints方法去减小它的像差。同时我们令聚焦曲线呈直线型

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