【摘要】：隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,互聯(lián)網(wǎng)-物聯(lián)網(wǎng)不斷地深入到人們的生活之中,高速、高帶寬的光纖通信系統(tǒng)得到了廣泛的研究。近年來,隨著短距離、小尺寸系統(tǒng)間低能耗、高帶寬數(shù)據(jù)互連的需求,硅光子技術(shù)發(fā)展迅速,光纖通信系統(tǒng)中的各類光學(xué)器件的硅集成化已經(jīng)有了理論基礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。隨著整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)的集成化,需要一種集成光學(xué)器件放置在激光器之前,用于避免光的反射,防止噪聲和頻率漂移,保護(hù)激光器不被燒毀。這種器件呈現(xiàn)出對(duì)光正向通過,反向截止的特性,稱為集成光隔離器。與廣泛應(yīng)用的單晶材料型的分立光隔離器相比,基于硅基集成的磁光波導(dǎo)隔離器具有非互易的特點(diǎn)和低成本、小體積、小損耗、高機(jī)械穩(wěn)定性等優(yōu)勢,具有重要的研究價(jià)值。本文對(duì)基于硅基的多模干涉型(MMI)磁光隔離器進(jìn)行了詳細(xì)的研究,通過求解麥克斯韋方程組,研究了波導(dǎo)非互易相移與光波的模式的關(guān)系。我們采用有限元(FEM)仿真方法對(duì)波導(dǎo)的模式進(jìn)行求解,并根據(jù)非互易相移理論設(shè)計(jì)出具有強(qiáng)NRPS效應(yīng)的多模干涉型光波導(dǎo)。對(duì)于隔離器性能的仿真,我們通過耦合模理論計(jì)算出各模式的激發(fā)效率,再通過多模干涉理論求解整個(gè)MMI光隔離器的最終性能參數(shù)。最后,針對(duì)寬帶器件的應(yīng)用需求,我們對(duì)器件設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn),提出了寬帶、和基于TE模式的多模干涉型(MMI)磁光隔離器的設(shè)計(jì)方法,并對(duì)器件的制備容差進(jìn)行了分析。本論文基于具有縱向多模特征的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu),提出一種小型化硅基多模干涉型(MMI)磁光隔離器設(shè)計(jì)方法,器件具有強(qiáng)非互易性,而器件長度較分立器件減小一個(gè)數(shù)量級(jí),并具有寬帶特性。在器件隔離帶寬方面,定性地分析了影響器件隔離帶寬的因素。本文提出的多模干涉型硅波導(dǎo)集成磁光隔離器件理論、設(shè)計(jì)和仿真方法對(duì)發(fā)展硅集成磁光隔離器件具有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:With the development of information technology, the Internet of things (IOT) continues to penetrate into people's lives, high-speed, high-bandwidth optical fiber communication system has been widely studied. In recent years, with the demand of short distance, low energy consumption and high bandwidth data interconnection between small-sized systems, silicon photonic technology has developed rapidly, and the silicon integration of various optical devices in optical fiber communication systems has been theoretically and experimentally verified. With the integration of the whole optical system, an integrated optical device needs to be placed in front of the laser to avoid the reflection of light, to prevent noise and frequency drift, and to protect the laser from being destroyed. This kind of device presents the characteristic of forward-going and reverse-cut off of light, called integrated optical isolator. Compared with the widely used single crystal type discrete optical isolator, the silicon-based magneto-optical waveguide isolator has the advantages of non-reciprocal, low cost, small volume, small loss and high mechanical stability, and has important research value. In this paper, the multimode interferometric (MMI) magneto-optic isolator based on silicon is studied in detail. By solving Maxwell's equations, the relationship between the waveguide nonreciprocal phase shift and the mode of optical wave is studied. The mode of the waveguide is solved by finite element (FEM) simulation method, and the multimode interferometric optical waveguide with strong NRPS effect is designed according to the non-reciprocal phase shift theory. For the performance simulation of the isolator, the excitation efficiency of each mode is calculated by coupling mode theory, and the final performance parameters of the whole MMI optical isolator are solved by the multi-mode interference theory. Finally, according to the application demand of broadband devices, we improve the design of the devices, propose the design method of (MMI) magneto-optic isolator based on broadband and TE mode, and analyze the fabrication tolerance of the devices. In this paper, based on the optical waveguide structure with longitudinal multimode characteristics, a design method of a miniaturized silicon-based multimode interferometric (MMI) magneto-optic isolator is proposed. The device has strong non-reciprocity and the length of the device is one order of magnitude less than that of the discrete device. And has the broadband characteristic. In the aspect of device isolation bandwidth, the factors influencing device isolation bandwidth are analyzed qualitatively. In this paper, the theory, design and simulation method of multimode interferometric integrated magneto-optic isolator for silicon waveguide are presented, which have certain guiding significance for the development of silicon integrated magneto-optic isolator.
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TN256

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本文編號(hào)：2398071