發(fā)布時(shí)間：2020-03-20 01:15

【摘要】：近年來(lái),互聯(lián)網(wǎng)通信帶來(lái)的數(shù)據(jù)流量急劇增長(zhǎng),同時(shí)對(duì)信息傳輸和數(shù)據(jù)帶寬的要求不斷提高,光通信技術(shù)因其通信容量大、傳輸損耗低等顯著性優(yōu)勢(shì)成為當(dāng)今社會(huì)的主流信息傳輸方式。在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的硅基光電子集成技術(shù)是將來(lái)高速光通信、數(shù)據(jù)中心互連以及傳感技術(shù)的一種高效片上光學(xué)解決方案�；跐u變折射率的集成光波導(dǎo)器件的研究是新的研究方向,因其特殊的折射率分布形式,可以用來(lái)設(shè)計(jì)小體積、高性能的器件,為硅基光電子集成向“微型化”“輕型化”提供了新的思路。本論文從幾何光學(xué)的射線分析法角度出發(fā),理論分析了光在漸變折射率光波導(dǎo)中的傳播�？偨Y(jié)提出聚焦常數(shù)是影響波導(dǎo)自聚焦周期的關(guān)鍵參數(shù)。利用數(shù)值仿真軟件,仿真驗(yàn)證了聚焦周期與漸變折射率差值以及波導(dǎo)芯層尺寸之間的關(guān)系。并且以多模干涉理論為基礎(chǔ),詳細(xì)分析了自聚焦和自映像效應(yīng)的區(qū)別與聯(lián)系,并詳細(xì)推導(dǎo)了自聚焦周期與波導(dǎo)參數(shù)之間的關(guān)系。深入分析了不同的折射率分布形式對(duì)聚焦周期和聚焦光斑質(zhì)量的影響。并首次提出聚焦光斑的質(zhì)量不僅和漸變折射率基模的場(chǎng)分布有關(guān),還和各階模式的能量占比有關(guān),為基于漸變折射率分布的器件設(shè)計(jì)提供了新的理論支持。結(jié)合理論分析,以平方律分布形式的波導(dǎo)為基礎(chǔ),并綜合工藝參數(shù)的要求,提出了一種基于漸變折射率波導(dǎo)自聚焦效應(yīng)的新型模斑變換器。該模斑變換器的輸入波導(dǎo)寬度為12μm,輸出波導(dǎo)的寬度為0.5μm,傳輸效率可達(dá)97.8%。同時(shí)針對(duì)聚焦光斑和單模波導(dǎo)間的模場(chǎng)失配問(wèn)題,優(yōu)化了線性錐形過(guò)渡波導(dǎo),在帶寬不變的情況下該器件的總長(zhǎng)度只需19.3μm,是現(xiàn)有報(bào)道的模斑變換器最小尺寸的1/6,可進(jìn)一步提高硅基光電集成芯片的集成度,并為其他器件和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了新思路。本論文的研究重點(diǎn)是漸變折射率波導(dǎo)的自聚焦效應(yīng),并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了新型模斑變換器。這為小體積、高性能的集成光電器件的設(shè)計(jì)提供了新的思路,為大規(guī)模光電集成打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【圖文】：

融、統(tǒng)一發(fā)展的過(guò)程中，，人們致力于繼承當(dāng)前硅基微電子產(chǎn)業(yè)比較完備的理逡逑論體系與成熟的技術(shù)成果，在硅材料平臺(tái)上面實(shí)現(xiàn)光子和電子器件的集成，逡逑如圖１－１所示。逡逑２逡逑

在Ｙｅｅ氏網(wǎng)格分布中，空間各位置的節(jié)點(diǎn)上交錯(cuò)地存放了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的六量。在每個(gè)坐標(biāo)平面上，以電場(chǎng)分量為中心，四周圍繞分布著磁場(chǎng)分量；同足每個(gè)磁場(chǎng)分量的周圍圍繞分布著電場(chǎng)分量。Ｙｅｅ氏網(wǎng)格體系體現(xiàn)出來(lái)的電分量空間配置方式與實(shí)際電磁場(chǎng)分布的基本規(guī)律十分契合，也滿足麥克斯韋組的基本要求，這說(shuō)明Ｙｅｅ網(wǎng)格元胞符合空間中電磁波傳播的基本規(guī)律。時(shí)限差分法得益于電磁場(chǎng)分量的這種空間網(wǎng)格分布，在有限的計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)內(nèi)，能夠快速精確的模擬出電磁波的傳播以及它和散射體之間的相互作用過(guò)時(shí)在這種電磁場(chǎng)的各分量分布方式下，當(dāng)空間的介質(zhì)面發(fā)生突變時(shí)，依然能足突變介質(zhì)面上場(chǎng)分量連續(xù)性的要求，這為模擬解決復(fù)雜結(jié)構(gòu)的電磁場(chǎng)計(jì)算帶來(lái)了很大的便利性。同時(shí)也有效促進(jìn)了時(shí)域有限差分法的廣泛應(yīng)用。逡逑該網(wǎng)格體系中，每個(gè)坐標(biāo)軸方向上交叉分布的場(chǎng)分量間相距半個(gè)網(wǎng)格空間，所以同種類型的場(chǎng)分量的間隔剛好為一個(gè)空間步長(zhǎng)。在圖２－１的網(wǎng)格元胞中間上的離散規(guī)則并沒(méi)有明確標(biāo)定。為達(dá)到計(jì)算穩(wěn)定性的內(nèi)在要求，離散的時(shí)
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN256

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10 吳夢(mèng)熒;陣列LED均勻配光及漸變折射率透鏡研究[D];浙江工業(yè)大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2591010