基于平面光波导的无源光器件设计

摘要

随着信息时代的到来,全球通信对带宽的需求呈指数态增长,平均年增长率高达35％。骨干网中的同轴电缆逐渐由光纤取代,有“最后一公里”之称的光接入网则成为通信系统的瓶颈所在。光接入网的主要功能包括光路连接、光信号功率分配、光器件之间的耦合控制等。通过使用高性能无源光器件,可拓宽接入网带宽,提高通信网络整体效率。
　　1×N功率分配器是最基本和最重要的无源光器件之一,它不仅是光接入网不可或缺的组成部分,也是许多更复杂光器件的构成部件。基于平面光波导材料的功率分配器具有体积小、重量轻、集成度高,机械性能以及环境稳定性好等优点,因此应用较广泛。
　　传统1×N功分器多由1×2功分器通过S形波导级联构成,虽能满足PON网络的带宽要求,但器件尺寸和插入损耗均较大。本文设计了一种新的级联型1×N光功率分配器,在4至64分路数范围内,器件尺寸可减小24.80%~53.72%;在1260nm~1610nm波段内,插入损耗可降低0.3~0.4dB。
　　本文设计的1×N功分器使用弧形波导取代S形波导衔接相邻1×2功分器单元,降低了由衔接波导造成的长度增长和损耗增加。此外,本文又提出了一种建立在方向搜索、遗传算法和进化规划三种方法基础上的改进型智能优化算法,通过调节每段弧形波导的弧度,使得功分器总长度达到全局最小,从而进一步减小了器件尺寸。
　　最后,本文设计了一款适用于波分复用网络的全光幅相均衡器。该均衡器由可调光衰减器(VOA)阵列和可调延迟线(TDL)阵列级联组成,可实现不同频道的功率均衡和0~100ps范围内的时间同步。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2 PLC无源光器件的研究现状

1.3本文主要内容

第二章 光波导基本理论与分析方法

2.1波导基本原理

2.2光束传输方法

2.3本章小结

第三章 1×N光功率分配器的设计与优化

3.1设计目标

3.2结构设计与数学模型

3.3智能优化

3.4 BPM仿真验证

3.5本章小结

第四章 全光均衡器设计

4.1全光均衡器结构

4.2可调光衰减器设计

4.3可调光延迟线设计

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文工作总结及创新点

5.2研究展望

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文及专利

参考文献

致谢