用于波分复用的体全息器件的机理研究

摘要

利用体全息技术来制作波分复用器件是一种很有前途的方法。但是目前已报导的工作中还存在着衍射效率不高、选择性差等问题，它们分别影响着器件的插入损耗和通道间隔。以往所有工作中采用的理论，均为传统的Kogelnik耦合波理论。但由于其理论的一维本质，它原则上只适合于光栅输入输出面尺寸远大于光栅厚度的情况。但在现代体光栅的许多应用中，光栅尺寸趋向于小型化，对这一类体光栅衍射特性的分析，二维理论比Kogelnik耦合波理论更为精确。本论文研究了体全息波长滤波器件的基础理论，重点是二维耦合波理论，分析其衍射特性尤其是衍射效率和布拉格选择性，给出光通信用波长滤波器件的设计依据和优化方法。 本论文首先针对完全重叠型的有限尺寸体光栅，在布拉格衍射范畴内给出二维耦合波方程的完整推导，并给出方程组的闭形式解析解，纠正了前人发表的工作的错漏之处。在此基础上，研究了完全重叠型均匀光栅的普遍衍射问题。 在密集波分复用器件中，为了获得最优的插入损耗和通道间隔，利用二维耦合波理论及其闭形式解析解分析了二维受限体光栅的衍射特性，尤其是峰值衍射效率和波长选择性，探讨了这些性质与光栅二维尺寸及光栅强度之间的关系。结果表明，二维耦合波理论的闭形式解能够作为体全息复用、解复用器件优化设计的依据。为了获得最优的峰值衍射效率和波长选择性，给出了体全息波分复用器件的优化设计方案。 实验研究了有限尺寸体光栅的衍射特性。首先，通过实验测量了不同光栅尺寸比下的选择角，测量结果符合二维耦合波方程解析解的理论预期。其次，采用了一种新颖的基于体全息波分复用器件的实验方案，该方案为透射式记录、正交式读出。利用绿光记录、红外光读出体光栅，实现了变波长光栅衍射。研究了红外光读出体光栅时的角度选择性，实验测得变波长衍射时的选择性也与二维耦合波理论模拟计算结果基本一致。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第1章绪论

1.1课题背景

1.2体全息DWDM器件的国内外研究现状

1.3本论文的来源和主要工作

第2章体全息光栅的基础理论

2.1体光栅与布拉格衍射

2.2体全息DWDM器件基本原理

2.3 Kogelnik耦合波理论

2.4二维耦合波理论

2.4.1折射率光栅的形成

2.4.2光栅的衍射-布拉格衍射范畴

第3章二维耦合波理论的再探讨

3.1引言

3.2二维耦合波微分方程的解

3.3 Kogelnik耦合波理论与二维耦合波理论的简要比较

3.4基于二维耦合波理论的衍射特性的再研究

3.4.1无吸收的平面波光栅在布拉格匹配条件下的衍射效率

3.4.2有吸收光栅的衍射效率与光栅强度的关系

3.4.3有吸收光栅的衍射效率与光栅尺寸比的关系

3.4.4光栅布拉格选择性

3.5本章小结

第4章体全息波分复用、解复用器件的衍射特性的优化设计

4.1体光栅的峰值衍射效率和波长选择性

4.1.1峰值衍射效率

4.1.2波长选择性

4.2体全息波分复用、解复用器件的衍射特性的优化设计方案

4.3本章小结

第5章体光栅衍射特性的实验研究

5.1记录材料的光谱透过率响应

5.2不同光栅尺寸比下体光栅的角度选择性实验

5.2.1角度选择性的实验测量分析

5.2.2不同光栅尺寸比下体光栅的选择角实验

5.3一种新颖的基于体全息的波分复用器件方案及其实现

5.3.1短波长记录、长波长读出实验方案

5.3.2光栅读出实验结果及其讨论

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间所发表的学术论文和完成的科研成果/参加的科研项目

致谢