【摘要】：進入超寬帶和LTE時代后,隨著電子商務(wù)、大數(shù)據(jù)以及云計算等新興業(yè)務(wù)快速發(fā)展,人們對信息服務(wù)的需求量進一步增長。但由于光纖非線性效應(yīng)等問題的限制,現(xiàn)有單模光纖通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸容量正在逼近香農(nóng)極限,無法繼續(xù)滿足日益增長的用戶需求。作為進一步提高光纖系統(tǒng)傳輸容量的重要途經(jīng)之一,基于少模光纖的模分復(fù)用技術(shù)引起了廣泛專注。包括模式轉(zhuǎn)換器和模式復(fù)用/解復(fù)用器在內(nèi)的模分復(fù)用器件是少模光纖模分復(fù)用系統(tǒng)的重要組成部分,目前仍處于探索研究與完善的階段。針對目前研究的不足,本文提出并設(shè)計制作了熱光長周期波導(dǎo)光柵輔助的非對稱Y分支模式開關(guān),器件分別采用EpoClad和EpoCore聚合物材料制作波導(dǎo)包層和芯層,利用聚合物材料的熱光效應(yīng),通過上包層表面電極通電升溫在非對稱Y分支主干波導(dǎo)引入熱光側(cè)壁長周期波導(dǎo)光柵,將模式轉(zhuǎn)換與模式復(fù)用/解復(fù)用功能相結(jié)合,并通過調(diào)節(jié)電壓電流改變電極溫度來調(diào)諧熱光長周期光柵的耦合效率,構(gòu)成了可重構(gòu)可調(diào)諧的工作特性更全面的熱光模式開關(guān)器件。該器件不僅能實現(xiàn)LP01模和LP11a模的復(fù)用和解復(fù)用,通過熱光長周期光柵的模式轉(zhuǎn)換,還能將LP01模和LP11a模有選擇性地通過Y分支的兩分支臂輸出,因此具有一定路由功能。本文圍繞所提出的熱光模式開關(guān)的工作特性,首先分析了相關(guān)理論和工作原理,之后利用仿真軟件對器件結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了設(shè)計仿真,在此基礎(chǔ)上使用現(xiàn)有實驗設(shè)備分別制作了非對稱Y分支波導(dǎo)、熱光長周期波導(dǎo)光柵模式轉(zhuǎn)換器以及基于前兩者設(shè)計的熱光模式開關(guān),最后分別對制作的器件樣品進行了性能測試。測試結(jié)果表明:實驗制作的非對稱Y分支波導(dǎo)應(yīng)用于模式解復(fù)用時,最小插入損耗為12.01 dB,兩分支臂間串?dāng)_在波長為1566 nm時為-26.86 dB;應(yīng)用于模式復(fù)用時,寬臂復(fù)用的最小插入損耗為12.61 dB,窄臂復(fù)用的最小插入損耗為17.26dB。制作的熱光長周期波導(dǎo)光柵模式轉(zhuǎn)換器能實現(xiàn)LP01模和LP11a模之間的模式轉(zhuǎn)換,且可利用熱光效應(yīng)調(diào)諧其耦合強度,測得其表面電極外接電壓電流為(3.8 V,0.14 A)時樣品的模式轉(zhuǎn)換效率約為82.91%。實驗制作的熱光模式開關(guān)應(yīng)用于模式復(fù)用時具有模式轉(zhuǎn)換功能,可幫助校正畸變的復(fù)用模式;應(yīng)用于模式解復(fù)用時具有模式路由功能,可將LP01模和LP11a模有選擇性地從兩個分支臂輸出。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN929.11;TN25
【圖文】：

圖 1-1 基于少模光纖的模分復(fù)用系統(tǒng)框圖在少模光纖模分復(fù)用系統(tǒng)中，為了最大化實現(xiàn)傳輸容量的提升，除了要研制新穎的光纖之外，研發(fā)新穎的光學(xué)器件加以配合也是至關(guān)重要的。模分復(fù)用器件（即模式復(fù)用/解復(fù)用器和模式轉(zhuǎn)換器）用于實現(xiàn)模式的復(fù)用/解復(fù)用功能和模式的轉(zhuǎn)換功能，是少模光纖模分復(fù)用系統(tǒng)中不可或缺的核心器件。目前，不論是作為傳輸介質(zhì)的少模光纖，還是作為關(guān)鍵器件的模分復(fù)用器件都還不能夠成熟應(yīng)用，仍然處于探索研究與完善的階段。1.3 模分復(fù)用技術(shù)的研究現(xiàn)狀隨著單模光纖的帶寬挖掘日益趨近“瓶頸”，擁有諸多優(yōu)勢的模分復(fù)用技術(shù)必將擁有越來越廣泛的應(yīng)用前景。越來越多的科研工作者致力于研發(fā)結(jié)構(gòu)簡單有效、工作效率高的模分復(fù)用器件，以實現(xiàn)模式的激發(fā)、轉(zhuǎn)換和復(fù)用/解復(fù)用，在其中很多研究工作中，模式轉(zhuǎn)換功能和復(fù)用/解復(fù)用功能是集成在同一器件上的。根據(jù)其實現(xiàn)的技術(shù)平臺，國內(nèi)外模分復(fù)用器件的研究方案可大致總結(jié)為以下三類：

上一章介紹了模分復(fù)用技術(shù)及模分復(fù)用器件的發(fā)展動態(tài)和研究現(xiàn)狀，針對目前研究的不足，提出了一種利用熱光長周期波導(dǎo)光柵輔助的非對稱 Y 分支波導(dǎo)結(jié)構(gòu)實現(xiàn) LP01模與 LP11a模轉(zhuǎn)換和復(fù)用/解復(fù)用的模式開關(guān)。本章將針對所提出器件的工作原理進行分析，包括光波導(dǎo)分類、模式概念及特性的簡介、耦合模理論、聚合物材料熱光效應(yīng)以及非對稱 Y 分支工作原理。2.1 光波導(dǎo)簡介光波導(dǎo)是一種能將光波限制在其內(nèi)部或者表面附近，并引導(dǎo)光波沿特定路徑傳播的介質(zhì)幾何結(jié)構(gòu)[37]。就目前而言，光波導(dǎo)是實現(xiàn)光波低損耗傳輸?shù)淖钣行Ч鈱W(xué)介質(zhì)。作為集成光學(xué)的基礎(chǔ)，光波導(dǎo)器件的研制技術(shù)在近年來得到了快速發(fā)展，可應(yīng)用于光信號的產(chǎn)生、調(diào)制、傳輸、交換、檢測和解調(diào)等諸多方面。如圖 2-1所示，光波導(dǎo)一般由基底（Substrate）、包層（Cladding）和芯層（Core）構(gòu)成，按結(jié)構(gòu)可主要劃分為五類：平板波導(dǎo)、條形波導(dǎo)、脊型波導(dǎo)、擴散型波導(dǎo)和光纖，其中，光纖屬于圓柱形波導(dǎo)，前四類統(tǒng)稱為平面光波導(dǎo)。

圖 2-2 平板波導(dǎo)中導(dǎo)模的傳輸特征示，給定一個平板波導(dǎo)，為了實現(xiàn)相長干涉，光在的總相移應(yīng)為2 的整數(shù)倍。根據(jù)光在波導(dǎo)內(nèi)形成的模式本征方程。(2 ) 2 2 2 0,1, 2...y upper lowerk h m m upper與 φlower是光在上下界面發(fā)生全內(nèi)反射時產(chǎn)生的率n確定的平板波導(dǎo)，由于半相移由α和光波偏振態(tài) α 的值。這說明，只有滿足特定入射角的光線傳，這些特定的光線路徑稱為波導(dǎo)模式。圖 2-3 所示輸示意圖。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

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本文編號：2763659