【摘要】：近年來,互聯(lián)網(wǎng)通信帶來的數(shù)據(jù)流量急劇增長,同時對信息傳輸和數(shù)據(jù)帶寬的要求不斷提高,光通信技術因其通信容量大、傳輸損耗低等顯著性優(yōu)勢成為當今社會的主流信息傳輸方式。在此基礎上發(fā)展起來的硅基光電子集成技術是將來高速光通信、數(shù)據(jù)中心互連以及傳感技術的一種高效片上光學解決方案�；跐u變折射率的集成光波導器件的研究是新的研究方向,因其特殊的折射率分布形式,可以用來設計小體積、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中的傳播�？偨Y提出聚焦常數(shù)是影響波導自聚焦周期的關鍵參數(shù)。利用數(shù)值仿真軟件,仿真驗證了聚焦周期與漸變折射率差值以及波導芯層尺寸之間的關系。并且以多模干涉理論為基礎,詳細分析了自聚焦和自映像效應的區(qū)別與聯(lián)系,并詳細推導了自聚焦周期與波導參數(shù)之間的關系。深入分析了不同的折射率分布形式對聚焦周期和聚焦光斑質量的影響。并首次提出聚焦光斑的質量不僅和漸變折射率基模的場分布有關,還和各階模式的能量占比有關,為基于漸變折射率分布的器件設計提供了新的理論支持。結合理論分析,以平方律分布形式的波導為基礎,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自聚焦效應的新型模斑變換器。該模斑變換器的輸入波導寬度為12μm,輸出波導的寬度為0.5μm,傳輸效率可達97.8%。同時針對聚焦光斑和單模波導間的模場失配問題,優(yōu)化了線性錐形過渡波導,在帶寬不變的情況下該器件的總長度只需19.3μm,是現(xiàn)有報道的模斑變換器最小尺寸的1/6,可進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)的設計優(yōu)化提供了新思路。本論文的研究重點是漸變折射率波導的自聚焦效應,并在此基礎上設計了新型模斑變換器。這為小體積、高性能的集成光電器件的設計提供了新的思路,為大規(guī)模光電集成打下堅實的基礎。
【圖文】：

融、統(tǒng)一發(fā)展的過程中，，人們致力于繼承當前硅基微電子產業(yè)比較完備的理逡逑論體系與成熟的技術成果，在硅材料平臺上面實現(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)點上交錯地存放了電場和磁場的六量。在每個坐標平面上，以電場分量為中心，四周圍繞分布著磁場分量；同足每個磁場分量的周圍圍繞分布著電場分量。Ｙｅｅ氏網(wǎng)格體系體現(xiàn)出來的電分量空間配置方式與實際電磁場分布的基本規(guī)律十分契合，也滿足麥克斯韋組的基本要求，這說明Ｙｅｅ網(wǎng)格元胞符合空間中電磁波傳播的基本規(guī)律。時限差分法得益于電磁場分量的這種空間網(wǎng)格分布，在有限的計算機存儲內，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時在這種電磁場的各分量分布方式下，當空間的介質面發(fā)生突變時，依然能足突變介質面上場分量連續(xù)性的要求，這為模擬解決復雜結構的電磁場計算帶來了很大的便利性。同時也有效促進了時域有限差分法的廣泛應用。逡逑該網(wǎng)格體系中，每個坐標軸方向上交叉分布的場分量間相距半個網(wǎng)格空間，所以同種類型的場分量的間隔剛好為一個空間步長。在圖２－１的網(wǎng)格元胞中間上的離散規(guī)則并沒有明確標定。為達到計算穩(wěn)定性的內在要求，離散的時
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN256

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 盧權;唐振方;;漸變折射率減反膜的設計及其全向性能[J];光學技術;2015年04期

2 陳潤秋;劉艷;高松;;漸變折射率多模光纖中的多模干涉應用研究[J];光電技術應用;2014年03期

3 劉曉山;付國蘭;劉清;;漸變折射率波導中的等效折射率分析[J];江西科學;2006年05期

4 王志明，江源;650nm波長處2．5Gb／s碼速的100m長漸變折射率塑料光纖數(shù)傳鏈[J];電線電纜;1996年04期

5 江源;漸變折射率聚合物光纖的研究進展[J];光通信研究;2000年03期

6 林維德,莊松林;徑向分布漸變折射率透鏡的初級象差[J];儀器儀表學報;1992年03期

7 吳夢熒;李梅花;張勇;徐昌龍;;基于漸變折射率透鏡的配光研究[J];新技術新工藝;2015年12期

8 郭沖;楊天新;巴榮聲;杜濤;劉玉紅;李世忱;;縱向應用形式的漸變折射率棒透鏡的光學追跡研究[J];科學技術與工程;2007年10期

9 付國蘭,曹莊琪,丁淵,朱海東,沈啟舜,劉三秋;漸變折射率波導表面折射率的確定[J];光學學報;2005年02期

10 畢叔和;漸變折射率塑料光纖的研究動態(tài)[J];光纖與電纜及其應用技術;2001年05期

相關會議論文 前6條

1 歐陽桂倉;劉學軍;劉剛;徐榮輝;葉志清;;離子交換漸變折射率平面光波導的折射率分布的確定[A];2007年全國第十六屆十三�。ㄊ校┕鈱W學術會議論文集[C];2007年

2 賀洪波;張俊超;方明;;漸變折射率薄膜材料與新型濾光片[A];中國光學學會2011年學術大會摘要集[C];2011年

3 胡煉;劉存兄;倪邦發(fā);田偉之;王平生;黃東輝;張貴英;肖才錦;呂鵬;;利用重粒子固體核徑跡形成材料的漸變折射率表面[A];第九屆全國固體核徑跡學術研討會論文集[C];2007年

4 鄢秋榮;黃偉;張云洞;;傅里葉合成法設計漸變折射率薄膜[A];2007年先進激光技術發(fā)展與應用研討會論文集[C];2007年

5 劉旭;曲舒霆;洪瑋;于兵;柏寧豐;肖金標;孫小菡;;采用準軸向漸變折射率透鏡的平面光波光路芯片耦合結構[A];全國第十三次光纖通信暨第十四屆集成光學學術會議論文集[C];2007年

6 李慶國;吳雯雯;孫可元;;MCVD漸變折射率多模光纖預制棒工藝探討[A];中國通信學會2013年光纜電纜學術年會論文集[C];2013年

相關博士學位論文 前4條

1 朱清溢;漸變折射率光子晶體的負折射特性及相關應用研究[D];電子科技大學;2016年

2 齊美清;超材料透鏡和超表面對電磁波的調控及應用[D];東南大學;2016年

3 李艷秀;基于變換光學的新型電磁功能器件的研究與設計[D];山東大學;2016年

4 張沛;基于能帶特性與變換介質的液體表面波調控研究[D];浙江大學;2015年

相關碩士學位論文 前10條

1 李夢華;基于漸變折射率波導的集成光電器件研究[D];山東大學;2019年

2 徐玉;硒化鋅納米空心球漸變折射率可見—近紅外增透膜的研究[D];天津大學;2017年

3 王來軍;基于漸變折射率人工電磁材料的平板透鏡天線研究[D];桂林電子科技大學;2018年

4 董瑩;漸變折射率薄膜光學常數(shù)測試與評價[D];西安工業(yè)大學;2013年

5 李宇航;漸變折射率光子晶體的超分辨聚焦研究[D];電子科技大學;2017年

6 王莉;平面波導中怪波管理的研究[D];西北大學;2015年

7 陳潤秋;復合光纖多模干涉技術研究[D];北京交通大學;2014年

8 趙天;基于化學腐蝕方法制作的干涉型光纖傳感器[D];電子科技大學;2012年

9 韓文清;新型人工電磁材料平板透鏡及其應用[D];東南大學;2016年

10 吳夢熒;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;2015年

本文編號：2591010