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【6h】

基于光折变长周期波导光栅耦合器的光分插复用器

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摘要

第一章 绪论

1.1 论文的研究背景及意义

1.2 光栅型OADM的分类及研究进展

1.2.1 光纤光栅型OADM

1.2.2 波导光栅型OADM

1.3 光折变光栅器件的研究进展

1.3.1 光折变效应及光折变光栅器件

1.3.2 LiNbO3晶体的特性

1.3.3 Ti:LiNbO3波导的研究

1.4 本论文的主要工作

第二章 光折变长周期波导光栅的理论及实验研究

2.1 LPWGs的制作方案

2.2 LPWGs的设计

2.2.1 单模波导的设计与模式的求解

2.2.2 光栅周期和工作模式

2.3 光折变LPWGs的性能分析

2.4 光波导与光纤的对准粘接实验

2.4.1 超净室与相关实验仪器的准备

2.4.2 波导对准粘接实验的步骤

2.4.3 实验与结果与分析

2.5 本章总结

第三章 光折变长周期波导光栅耦合器的理论研究

3.1 耦合器结构及制作方案

3.2 耦合器的参数设计

3.2.1 两波导分开距离的确定

3.2.2 100%耦合条件下光栅的最小长度

3.3 耦合器的性能分析

3.3.1 传输光谱的模拟与分析

3.3.2 3-dB带宽

3.3.3 光栅长度容差的讨论

3.3.4 两光栅偏移量ΔL对耦合效率η的影响

3.4 本章总结

第四章 光折变长周期波导光栅光分插复用器的设计

4.1 OADM的结构和工作原理

4.1.1 OADM的结构

4.1.2 OADM的工作原理

4.1.3 OADM的参数设计

4.2 OADM性能分析

4.2.1 OADM的传输光谱特性

4.2.2 误差讨论

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间参加的科研项目和成果

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摘要

光分插复用器(OADM)是波分复用光网络的关键网元之一,基于波导光栅结构的OADM在新一代高速通信系统中起着重要的作用,是实现大容量、集成化、高速率全光网通信的关键节点器件。本文以铌酸锂晶体(LiNbO3)作为基底材料,研究了基于光折变长周期波导光栅(LPWG)耦合器的OADM。 首先,研究了基于Ti∶LiNbO3波导的光折变长周期波导光栅。理论分析了使用二次扩钛方法制作光波导时,获得单模波导的工艺条件,通过有效折射率法求解了波导芯和包层的不同模式折射率;然后设计了利用振幅掩模板的方法制作光折变长周期光栅的方案;选择TM13模式为工作模式时,得到在共振波长为1553μm时光栅周期应为74.28μm,光栅耦合系数κ=91.79m-1;然后分析了LPWGs的性能,获得了100%耦合时光栅的最小长度L=1.71cm,其峰值半高宽大约为4.6nm。同时,开展了制作Ti∶LiNbO3波导器件与光纤的粘接的初步实验工作,为之后制作长周期光栅奠定了实验基础。 其次,设计了基于Ti∶LiNbO3波导的光折变长周期波导光栅耦合器。在共振波长为1553μm时求出了最小100%耦合长度Lmin=2.42 cm;在复合信号光只从单根波导入射的初始条件下,得到了在100%耦合处输入波导和接收波导的传输光谱,通过分析在100%耦合位置的耦合光谱,可知其峰值半高宽为5.20nm且旁瓣很小。最后,对实际实验中可能具有的误差进行了讨论,计算得到了光栅长度L和两光栅偏移距离△L的容差分别为0.37cm和0.21cm。该光折变长周期波导光栅耦合器适用于粗波分复用系统。 最后,对基于光折变长周期波导光栅耦合器的光分插复用器进行了结构设计和理论分析。在耦合器的结构基础上进行改变,设计了振幅掩模板,理论分析了分下和插入信号的光谱,并讨论了实验上倏逝场对耦合效率的影响。

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