一种集成光波导热光可调谐滤波器的电极研究与设计

摘要

在现代光通信系统中，波分复用（WDM）技术被广泛采用。作为WDM技术的重要组成部分，光滤波器是未来实现全光通信的关键器件。在目前提出及研究的光滤波技术中，以平面光波光路（PLC）工艺为基础的平面波导谐振腔型滤波器得到了广泛关注和研究。本文针对一种新型环形腔波导热光可调谐滤波器的电极进行分析与设计。器件材料选用Er3+/Yb3+共掺磷酸盐玻璃，可以对1550nm波段的光信号进行放大，补偿波导的传输损耗。在波导上方覆盖金属电极作为热源，利用材料的热光效应对滤波波长进行调谐。
　　本文以电极的热场分析为中心，进行了如下工作：1）根据热传导基本理论，建立了电极热场的计算模型，用解析法得到了矩形电极的温度分布，分析了影响器件温度分布的因素；通过和单电极的比较，提出双电极设计模型，论证了双电极的温度优势；2）介绍了有限差分法求解复杂电极热场温度分布的思路，讨论并确定了最佳的数值解法；通过数值法和解析法的比较，发现了用解析法描述热场模型的局限性；比较了弧形和矩形电极的温度分布；运用时域有限差分法分析了器件的热场动态响应特征，得到了器件的加热和散热曲线，论述了提高器件响应速度的方法；3）根据环形腔滤波特性和模拟得到的温度场，分析了热光效应造成的滤波峰值波长的位移，讨论了电极和波导间相对位置的变化对滤波峰值波长偏移的影响；4）在实验方面，确定了电极和缓冲层的材质、厚度及制作工艺，用真空蒸发技术制作了电极薄膜；用离子交换法制作了平板和沟道波导；用棱镜耦合法分析了离子交换工艺条件对平板波导折射率分布的影响，提出了改进的实验方案；最后设计并制作了器件的掩模板图，介绍了器件的制作流程。
　　纵观全文，本文在理论方面提出了一套分析器件热光效应的思路和模型，为建立更精确的分析模型打下基础；在实验方面，通过电极的制作研究和波导的制作测试，为磷酸盐玻璃热光器件的后续制作做好了铺垫。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题来源与论文主要工作

第二章 电极热场模型的解析方法

2.1二维热场模型

2.2 二维热场的温度分布特点

2.3 三维热场的温度分布

2.4 双电极的温度分布

2.5 本章小结

第三章 电极热场模型的数值方法

3.1 稳态热场的有限差分方法

3.2计算方法之间的比较

3.3弧形电极的温度分布

3.4器件热场的动态响应

3.5 本章小结

第四章 热光效应对滤波特征的影响

4.1 F-P腔的滤波原理[40]

4.2环形谐振腔的滤波特征

4.3 热光效应对环形腔滤波特征的影响

4.4 本章小结

第五章 电极设计与相关实验

5.1 电极设计与制作

5.2 波导制作与测试

5.3 器件设计与制作流程

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1工作内容总结

6.2 问题与展望

致谢

参考文献

附 录

硕士期间取得的研究成果