阵列波导光栅波分复用器/解复用器的理论研究和优化设计

摘要

通信带宽限制了信息数据的高速传输，及多功能业务的开展，是光纤通信亟待解决的问题。波分复用（WDM）技术能够实现大容量通信，还可以开展多业务，成为非常重要的解决方案。AWG型波分复用/解复用器具有设计方便、低的制作成本、性能优异、集成度高等优点。基于AWG实现OADM是一种新型的分插复用结构,它具有高稳定性和可靠性、较好的性价比等优点，使它成为构建密集波分复用（DWDM）系统的首选对象，并且受到越来越多的关注和研究。
　　本文主要工作是使用计算机软件对AWG进行简化设计与性能分析，及AWG在OADM上的应用研究。首先对AWG进行理论分析，根据光栅方程推导得到各参数的计算公式。根据ITU-T标准，使用基于BPM算法的WDM_Phasar软件，进行简化设计得到32通道的AWG，插入损耗为4dB，串扰值为-19dB，符合国家通信行业标准要求。使用变量分析法，研究发现波导间距增加会减小AWG的串扰，对插入损耗没有影响，阵列波导间距增加会AWG的插入损耗，对串扰无影响。仿真时在平面波导与阵列波导间加入垂直楔形波导结构，使AWG的插入损耗降低1.2dB。数值计算了温度变化对中心波长偏移的影响，当温度在20~70℃范围内变化时，波长的偏移量Δλ在-0.3~5.1nm内变化。研究了改变阵列波导宽度对频谱响应的影响，Δa=0.15um时，波谱很平坦而且没有凹陷。
　　设计了一个四上/下通道的基于AWG的OADM，OADM单元由4x4AWG和2x2热光开关组成，并在OptiSystem上进行波分复用系统的设计与仿真，实现了四通道波分复用信号的下载和上传，为以后结构更为复杂的基于AWG的OADM的设计，以及基于OADM的波分复用系统的设计提供了参考。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 阵列波导光栅的发展与现状

1.3 本论文主要研究内容

第二章 阵列波导光栅（AWG）的基本原理

2.1 AWG的结构和工作原理

2.2 AWG的技术性能

2.3 AWG在光通信中的应用

2.4 本章小结

第三章 AWG的设计、模拟与分析

3.1 AWG模拟的理论基础

3.2 32通道AWG的参数设计

3.3 32通道AWG的仿真设计

3.4 本章小结

第四章 AWG波分复用器的优化设计

4.1 AWG的损耗分析

4.2 AWG的串扰分析

4.3 偏振无关的AWG

4.4 温度不敏感的AWG

4.5 光谱响应平坦的AWG

4.6 本章小结

第五章 基于AWG的光分插复用器的仿真设计

5.1 光分插复用器

5.2 光分插复用器的种类

5.3 基于AWG的OADM

5.4 系统仿真

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

附录1攻读硕士学位期间发表的论文

致谢