InGaAs/InAlAs多量子阱多模干涉光分路器/耦合器研究

摘要

作为信息传输的主要平台和下一代光网络的基础,DWDM光网络成为当前网络发展和建设的重点.光分路器/耦合器是DWDM光网络中的重要器件,既可作为独立元件在DWDM光网络中实现光功率或光信号的多路分配,也可作为构成其它器件,如放大器、信号监测器、光开光及光调制器等的重要辅助器件.该文围绕InGaAs/InAlAs多量子阱多模干涉光分路器/耦合器展开工作,以光分路器/耦合器的理论分析、优化设计为主要研究内容.由麦克斯韦方程出发,提出并建立了基于变量变换伽辽金法(VTGM)的光波导半矢量本征值分析数理模型,分析了矩形光波导、脊形光波导和耦合光波导的半矢量本征值问题,获得了本征模的模场分布及其有效折射率;提出并建立了基于VTGM的三维半矢量束传播法(3D-SVGTM-BPM)数理模型,分析了定向耦合器的光波传输特性.所得结果与采用其它方法得到的结果一致,由此验证了该文方法的准确性.自镜像效应是多模干涉器件的基本工作原理.该文描述了普通多模干涉自镜像效应的重叠多模干涉自镜像效应的原理,给出了输入/输出通道的位置,输出像的强度及其相位关系.分析了进一步减小器件长度的方法.在前面的分析基础上,最后进行了多模干涉型光分路器/耦合器的设计.提出了基于InGaAs/InAlAs多量子阱2×可调多模干涉光分路器/耦合器S形多模干涉光分路器/耦合器.并进行了优化设计,给出了最佳参数.目前,器件的外延层材料正在生长,所需掩膜版已制作完毕,以后将进一步完成器件的图形加工、封装和相关测试工作.

目录

文摘

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第1章 绪论

1.1光通信网络与光子器件

1.1.1光网络的发展

1.1.2光子器件的发展

1.2波导型光分路器/耦合器

1.2.1分类

1.2.2材料

1.2.3波导型光子器件的制作工艺

1.2.4封装和测试技术

1.3数值分析方法

1.3.1本征值分析方法

1.3.2束传播法

1.3.3时域有限差分法

1.4本文主要工作

参考文献

第2章光波导与耦合光波导半矢量分析

2.1本征值半矢量分析

2.1.1伽辽金法

2.1.2伽辽金法用于光波导本征值分析

2.1.3变量变换伽辽金法

2.1.4数值结果与讨论

2.2基于变量变换伽辽金法的半矢量束传播法(SVTGM-SV-BPM)

2.2.1三维形式

2.2.2数值结果与讨论

2.3小结

参考文献

第3章多模干涉自镜像原理

3.1普通干涉自镜像效应

3.1.1 N×N情形

3.1.2 1×N情形

3.1.3 2×N情形

3.2重叠干涉自镜像效应

3.2.1 1×N情形

3.2.2 2×N情形

3.2.3 N×N情形

3.3减小器件长度的方法

3.3.1锥形(taper)多模干涉耦合器

3.3.2弯曲多模干涉耦合器

3.4小结

参考文献

第4章InGaAs/InAlAs多量子阱多模干涉光分路器/耦合器

4.1材料结构

4.1.1多量子阱半导体材料的量子束缚Stark效应

4.1.2材料结构

4.1.3光波导结构

4.2 2×2 InGaAs/InAlAs可调多量子阱多模干涉光分路器/耦合器

4.2.1器件结构与工作原理

4.2.2优化设计

4.2.3最终参数与数值结果

4.3 2×2 S形多量子阱多模干涉光分路器/耦合器

4.3.1器件结构与工作原理

4.3.2优化设计

4.3.3最终参数与数值结果

4.4以后将要进一步开展的工作

4.4.1非矩形多模干涉光分路器/耦合器自镜像原理探讨

4.4.2超短N×N可调InGaAs/InAlAs多量子阱多模干涉光分路器/耦合器

4.4.3以光分路器/耦合器为基础的复杂器件研究

4.4.4器件的制作与测试

4.5小结

参考文献

结束语

致谢