热光长周期波导光栅辅助的非对称Y分支模式开关研究

摘要

进入超宽带和LTE时代后，随着电子商务、大数据以及云计算等新兴业务快速发展，人们对信息服务的需求量进一步增长。但由于光纤非线性效应等问题的限制，现有单模光纤通信网络的传输容量正在逼近香农极限，无法继续满足日益增长的用户需求。作为进一步提高光纤系统传输容量的重要途经之一，基于少模光纤的模分复用技术引起了广泛专注。包括模式转换器和模式复用/解复用器在内的模分复用器件是少模光纤模分复用系统的重要组成部分，目前仍处于探索研究与完善的阶段。
　　针对目前研究的不足，本文提出并设计制作了热光长周期波导光栅辅助的非对称Y分支模式开关，器件分别采用EpoClad和EpoCore聚合物材料制作波导包层和芯层，利用聚合物材料的热光效应，通过上包层表面电极通电升温在非对称Y分支主干波导引入热光侧壁长周期波导光栅，将模式转换与模式复用/解复用功能相结合，并通过调节电压电流改变电极温度来调谐热光长周期光栅的耦合效率，构成了可重构可调谐的工作特性更全面的热光模式开关器件。该器件不仅能实现LP01模和LP11a模的复用和解复用，通过热光长周期光栅的模式转换，还能将LP01模和LP11a模有选择性地通过Y分支的两分支臂输出，因此具有一定路由功能。
　　本文围绕所提出的热光模式开关的工作特性，首先分析了相关理论和工作原理，之后利用仿真软件对器件结构参数进行了设计仿真，在此基础上使用现有实验设备分别制作了非对称Y分支波导、热光长周期波导光栅模式转换器以及基于前两者设计的热光模式开关，最后分别对制作的器件样品进行了性能测试。
　　测试结果表明：实验制作的非对称Y分支波导应用于模式解复用时，最小插入损耗为12.01 dB，两分支臂间串扰在波长为1566 nm时为-26.86 dB；应用于模式复用时，宽臂复用的最小插入损耗为12.61 dB，窄臂复用的最小插入损耗为17.26 dB。制作的热光长周期波导光栅模式转换器能实现LP01模和LP11a模之间的模式转换，且可利用热光效应调谐其耦合强度，测得其表面电极外接电压电流为（3.8 V，0.14 A）时样品的模式转换效率约为82.91％。实验制作的热光模式开关应用于模式复用时具有模式转换功能，可帮助校正畸变的复用模式；应用于模式解复用时具有模式路由功能，可将LP01模和LP11a模有选择性地从两个分支臂输出。

目录

声明

缩略词表

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 少模光纤模分复用系统简介

1.3 模分复用技术的研究现状

1.4 本文主要贡献与创新

1.5 本文主要内容

第二章 器件的工作原理

2.1光波导简介

2.2光波导模式及其分析方法

2.3 长周期光栅的耦合模理论

2.4 聚合物材料的热光效应

2.5 非对称Y分支工作原理

2.6 本章小结

第三章 器件的设计与仿真

3.1 器件设计思路

3.2 器件制作材料的选择

3.3 非对称Y分支波导设计与仿真

3.4 热光长周期波导光栅设计

3.5 器件整体结构与工作目标

3.6 器件的偏振相关性讨论

3.7 本章小结

第四章 器件的制作

4.1器件制作工艺简介

4.2 掩模板设计与制作

4.3 器件的制作

4.4 本章小结

第五章 器件的测试

5.1 器件测试平台简介

5.2 非对称Y分支波导性能测试

5.3 热光长周期光栅模式转换器性能测试

5.4 热光模式开关性能测试

5.5 本章小节

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

硕士研究生期间取得的研究成果