光波导无源环形谐振器的损耗分析与仿真研究

摘要

光波导环形谐振器是一种基本的集成光学元器件，分为滤波器与波分复用器两种基本结构。由于其本身具有结构紧凑，功能多样的优点，而被广泛应用于多个领域。在环形谐振器的研制中，弯曲波导的设计是不可避免的，而波导弯曲必然要产生弯曲损耗。基于此，本论文主要研究工作是对环形谐振器的弯曲损耗进行理论研究，对环形谐振器的弯曲损耗大小进行了分析与计算，并且探讨了环形谐振器的尺寸和形状对弯曲损耗大小的影响，结果表明环形谐振器弯曲半径越大，弯曲损耗越小。主要研究内容有以下几个方面：
　　(1)对光波导谐振器的理论模型进行了研究。利用耦合模理论法，对光波导环形谐振器内的光波振幅进行了理论推导，对谐振条件下的振幅函数进行了分析。另外对谐振器的定向耦合器的插入损耗，环形波导损耗对于谐振器的精细度的影响进行了分析。
　　(2)通过改进的有效折射率法，对Exmn模和Eymn模的弯曲损耗进行了对比，对谐振器的弯曲损耗与谐振器的横截面宽度、高度的变化关系进行了仿真研究。
　　(3)通过耦合模理论法对波导的耦合模方程进行了理论推导，并且对耦合系数进行了分析，给出了矩形直波导间的耦合系数与耦合间距的关系式。
　　(4)对光波导环形谐振器的定向耦合器的耦合间距与耦合长度进行了计算，并给出了结果。对余弦光波导的弯曲损耗的大小与波导的长度的关系进行了仿真分析，找到使弯曲损耗降低到很小的长度值。在计算谐振器的横截面尺寸时，给出了矩形光波导的单模传输条件,还利用 MATLAB软件对其进行了仿真分析。最后对几种不同形状的椭圆-跑道形环形谐振器与圆-跑道形环形谐振器的弯曲损耗进行了分析与计算。给出了使弯曲损耗降为0的面积值，并且给出了椭圆-跑道形环形谐振器与圆-跑道形环形谐振器的精细度与谐振曲线的仿真结果。

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1 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

2 环形谐振器的理论分析

2.1谐振器的振幅分析

2.2 谐振器的主要参数

2.3 损耗对谐振器性能的影响

3 环形谐振器的弯曲损耗的理论分析

3.1 平板波导的弯曲损耗

3.2 矩形弯曲波导的弯曲损耗

4 光波导定向耦合器的理论分析

4.1 波导定向耦合器的原理

4.2矩形波导定向耦合器的分析

5 环形谐振器的损耗分析与仿真

5.1单模波导的分析

5.2定向耦合器的设计

5.3跑道形的设计

5.4环形谐振器的分析

结 论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果