密集型多重体全息光栅波长解复用技术研究

摘要

光纤通信是目前支撑通信业务量迅速增长最重要的技术之一,已成为现代通信的支柱.利用WDM技术则是扩大光纤通信容量、充分挖掘光纤带宽资源的有效手段.然而,迄今为止,作为重要核心器件的解复用器的研究水平却明显低于系统的应用要求.随着WDM系统的迅猛发展,研究更高质量的和更高密集度的WDM器件便显得十分迫切.该文通过比较几类WDM解复用器件,指出各自的优缺点,并对体全息技术制作解复用器的新方法作了较为深入的研究,并就该器件的设计原理、制作方法、性能特性等一系列问题展开探讨.利用耦合波理论详细讨论了体全息光栅的衍射效率及角度选择性、波长选择性等衍射属性,阐述光折变多重体全息光栅作为波长滤波器实现波长解复用的基本原理.进一步分析该WDM器件制作过程中诸如记录材料选择、写入光路及曝光时序的确定等关键技术环节.研究表明:Fe:LiNbO3晶体具有其它光折变材料无法比拟的优点,是用于该系统设计过程中体全息记录的首选材料;均衡考虑,应当选用O光耦合的邻面入射光路作为写入光路.这样的配置具有最高的选择灵敏度、较好的衍射效率均匀性以及相对简洁的系统;考虑到光栅写入时两写入光束之间的耦合,必须根据耦合强度的大小,选择合适的写入光束光强比,才能使写入的光栅具有最高衍射效率.该文不仅通过理论分析得出了最大衍射效率、最佳写入光强比与耦合强度大小的关系表达式,而且设计出用实验手段来确定最佳写入光强比和最大衍射效率的实验方案;为获得尽可能均匀的衍射效率,除了考虑传统的光擦除效应外,更进一步考虑到有效电光系数r<,eff>和空间电荷场E<,sc>与写入光路几何组态的关系,以及各信道衍射光波长、衍射角不同等因素带入的影响,利用递推法,推导出更为精确的曝光时序.采用高亮度溴钨灯代替价格昂贵的大功率可调谐激光器作为波长解复用试验的光源进行设计,有效降低实验成本,设计出基于体全息技术的16通道波分解复用器的实验方案,并分析该器件的信道容量、噪声特性、插入损耗、隔离度以及存储持久性等主要性能指标.最后指出该项技术实用化进程中尚需解决的若干问题,并对其未来的应用前景予以展望.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明

绪论

1.1 WDM技术应用的物质基础

1.2 WDM技术的意义

1.3 WDM技术原理及实施方案

1.4 WDM系统中的关键器件——波分复用器/解复用器

1.5基于体全息技术的WDM复用器件

1.6本论文的研究内容

第一章光折变效应的机理

§1.1光激发电荷载流子的产生和输运

1.1.1扩散

1.1.2漂移

1.1.3光生伏打效应

1.1.4电荷输运方程

§1.2光折变效应动力学方程

§1.3光致空间电荷场和相位栅

1.3.1相位栅的写入

1.3.2空间电荷场的饱和极限

1.3.3相位栅的擦除

第二章体全息光栅波长解复用的基本原理

§2.1体全息光栅与布拉格衍射

§2.2体光栅衍射的耦合波理论

§2.3体光栅的衍射效率和选择性

2.3.1衍射效率

2.3.2体光栅的选择性

§2.4体全息光栅的分波原理

第三章体全息光栅波长解复用器件的设计

§3.1器材的选择

3.1.1记录材料的选择

3.1.2记录光源的选择

§3.2写入光路的配置

3.2.1动态范围M/#

3.2.2衍射效率均匀性

3.2.3讨论与结论

§3.3最大衍射效率和最佳写入光强比

3.3.1 理论分析

3.3.2实验测定

§3.4均匀衍射效率的获得及写入时间的确定

3.4.1衍射效率均匀性分析

3.4.2曝光时序的确定

§3.5 16通道WDM解复系统实验方案

第四章体全息光栅波长解复用器件的性能分析

§4.1信道容量

§4.2噪声特性

4.2.1页间串扰噪音

4.2.2散射噪声

§4.3插入损耗与信道隔离度

4.3.1插入损耗

4.3.2信道隔离度

§4.4器件的使用持久性及其改进

4.4.1热固定技术

4.4.2分批热固定处理

4.4.3光折变非挥发全息存储

第五章论文总结及未来展望

§5.1论文总结

§5.2未来展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢