微环谐振调制器的调制性能研究

摘要

随着社会的发展和科技的进步，人们对通信网络提出了高速度和大容量的要求，光纤通信应运而生。集成光学器件不仅是光纤网络的重要组成部分，而且促进了光纤通信的发展。作为集成光学中的关键器件，光调制器是高速、长距离光通信中不可或缺的一部分。由于微环谐振调制器体积小、集成度高，功耗低，因此被广泛应用于集成光电子器件中。
　　在分析微环谐振调制器时，传统的静态耦合模理论无法对微环谐振器的动态特性进行准确的分析，因此研究可获得精确结果、且利于计算机编程的动态分析方法十分必要。此外，设计可获得高质量调制输出信号，且调制带宽大、调制电压低的微环谐振调制器非常重要。结合这一需要，本文的主要工作如下：
　　（1）针对分析微环谐振调制器已有方法的局限性，提出基于信号流程图的动态分析法，采用信号流程图动态分析微环谐振器的场传输模型，对时间和空间进行离散化，实现精确高效计算。
　　（2）研究了单环谐振调制器的调制特性。利用正弦信号和高斯脉冲信号研究了单环谐振调制器在耦合强度调制、折射率调制和传输损耗调制这三种调制模式下的输出特性，并分析了调制深度。结果显示，耦合强度调制可获得极大的调制带宽和高质量的调制输出信号，折射率调制和传输损耗调制输出信号的幅度衰减较大，调制带宽受限。
　　（3）研究了耦合强度调制模式的微环谐振调制器，包括含反馈波导的微环谐振调制器，基于 MZI（Mach-Zehnder Interferometer）耦合区的微环谐振调制器。对于含反馈波导的微环谐振调制器，利用正弦信号和高斯脉冲信号，分析了反馈臂调制、微环调制和反馈臂与微环组合三种调制方式的调制输出特性和调制深度。结果显示，通过对反馈臂的折射率进行调制可以实现耦合强度调制，并增强调制效果，实现宽带调制。对于基于MZI耦合区的微环谐振调制器，在MZI的上下臂加相位环，可以增强调制效果。研究并比较了无相位环、含单个相位环、含双相位环的微环谐振调制器的调制性能，并对相位环的优化策略进行了研究。结果显示，相位环的引入能增强调制输出信号，当将相位环的工作点设置为谐振点时，会得到较大的调制深度和调制带宽，其调制性能更加优越。

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第1章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景、目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 微环谐振器的基本理论

2.1 微环谐振器概述

2.2 工作原理

2.3 微环谐振性能参数

2.4 微环谐振调制器的分析方法

2.5本章小结

第3章 单环谐振调制器

3.1 基于信号流程图的数值分析法

3.2 单环谐振调制器的正弦调制特性分析

3.3 调制深度分析

3.4 高斯脉冲调制特性分析

3.5 单环谐振调制器的调制性能总结

3.6 本章小结

第4章耦合强度调制的研究

4.1 含反馈波导的微环谐振调制器

4.2 基于MZI耦合区的微环调制器

4.3 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 全文工作总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文