本文選題：聚合物光波導 + 熱光效應��； 參考：《電子科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：由于光纖的非線性效應以及光纖放大器帶寬的限制,目前單模光纖的通信容量已經(jīng)接近極限。為了滿足未來人們對高速率通信的需求,模分復用技術(shù)應運而生。在模分復用系統(tǒng)中發(fā)射端需要將基模轉(zhuǎn)換為高階模然后耦合到少模光纖中傳輸,因此可以實現(xiàn)模式靈活切換的模式開關(guān)成為了模分復用系統(tǒng)中的關(guān)鍵器件。為了方便與模分復用系統(tǒng)中其它器件對接,模式開關(guān)應該具有緊湊的結(jié)構(gòu)以及易于集成的特點,因此基于平面光波導技術(shù)的模式開關(guān)是一個不錯的選擇。目前制作光波導的材料分為有機材料和無機材料兩類,有機材料主要包括各類聚合物,無機材料包括硅及硅的化合物、鈮酸鋰等;聚合物光波導器件以其簡便的制作工藝、材料的廉價性、較高的熱光系數(shù)以及易于拓展為三維器件的優(yōu)勢越來越受到研究者的重視。本文的研究內(nèi)容是基于聚合物熱光效應而制作的熱光模式開關(guān),并且利用聚合物可以多層旋涂的工藝,分別制作出了平面結(jié)構(gòu)和三維結(jié)構(gòu)馬赫曾德爾干涉儀(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)熱光模式開關(guān)。論文主要分以下四個部分來論述:首先,介紹了模分復用系統(tǒng)出現(xiàn)的背景并介紹了國內(nèi)外模式開關(guān)器件的研究進展,簡述了聚合物光波導材料的特點及其制作工藝。第二,分別利用馬卡悌里方法以及MATLAB、Comsol等軟件對器件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了仿真分析,然后利用Comsol熱擴散模型進行了熱擴散仿真,根據(jù)計算和仿真結(jié)果,得到了器件初步的設計參數(shù)。然后在Rsoft軟件中仿真了器件中的光路圖,仿真結(jié)果證明可以達到預想效果。第三,制作并測試了平面結(jié)構(gòu)的MZI熱光模式開關(guān),對器件的制作工藝進行了改善。測試結(jié)果顯示,該模式開關(guān)具有弱偏振相關(guān)性并在整個C+L波段均可以工作。實現(xiàn)模式切換只需要9mW左右的功率,功耗較低;同時器件的消光比可達23dB;整個器件的插入損耗在14dB左右,測試結(jié)果與預期目標相符并驗證了仿真的正確性。最后,嘗試制作三維結(jié)構(gòu)的MZI熱光模式開關(guān),針對三維結(jié)構(gòu)制作的復雜性,改善了對版技巧,并改進相應的工藝。
[Abstract]:Due to the nonlinear effect of optical fiber and the limitation of fiber amplifier bandwidth, the communication capacity of single mode fiber is near the limit. In order to meet the needs of high-rate communication in the future, module division multiplexing (DM) technology emerges as the times require. In the mode division multiplexing system, the transmitter needs to convert the base mode to the higher order mode and then coupling to the transmission in the less mode optical fiber, so the mode switch, which can realize the flexible mode switching, has become the key device in the mode division multiplexing system. In order to easily connect with other devices in mode division multiplexing system mode switches should have compact structure and easy integration. Therefore the mode switch based on planar optical waveguide technology is a good choice. At present, the materials used to fabricate optical waveguides are divided into organic materials and inorganic materials. Organic materials mainly include various kinds of polymers, inorganic materials include silicon and silicon compounds, lithium niobate and so on. More and more attention has been paid to the cheapness of materials, high thermo-optical coefficient and the advantages of being easily extended to three-dimensional devices. In this paper, the thermo-optical mode switch based on the thermo-optical effect of polymer is fabricated, and the planar and three-dimensional Mach Zehnder InterferometerMZI thermo-optical mode switches are fabricated by using the polymer multi-layer spin-coating process, respectively. The thesis is mainly divided into four parts: firstly, the background of mode division multiplexing system is introduced, the research progress of mode switching devices at home and abroad is introduced, and the characteristics of polymer optical waveguide material and its fabrication technology are briefly described. Secondly, the structural parameters of the device are simulated and analyzed by using the Makatiri method and MATLAB Comsol, respectively. Then the thermal diffusion simulation is carried out by using the Comsol thermal diffusion model. According to the calculation and simulation results, the preliminary design parameters of the device are obtained. Then the optical circuit of the device is simulated in Rsoft software, and the simulation results show that the desired effect can be achieved. Thirdly, the planar MZI thermooptic mode switch is fabricated and tested, and the fabrication process of the device is improved. The test results show that the mode switch has a weak polarization correlation and can work in the whole C / L band. In order to realize mode switching, only the power of 9mW is needed, and the power consumption is low. At the same time, the extinction ratio of the device can reach 23 dB. The insertion loss of the whole device is about 14dB. The test results agree with the expected target and verify the correctness of the simulation. Finally, we try to fabricate MZI thermo-optical mode switch with 3D structure, aiming at the complexity of 3D structure fabrication, we improve the skill of plate alignment and the corresponding technology.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN256

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本文編號：1822645