近年來,移動互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展,人們對通信容量的要求不斷增長,已有的光纖通信系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足人們的需求,光子軌道角動量(Orbital Angular Momentum,OAM)作為一種新涌現(xiàn)的技術(shù)提供了一條解決途徑。與傳統(tǒng)光通信相比,攜帶OAM的光束具有新的自由度,使得其復(fù)用技術(shù)在提高系統(tǒng)的信道容量和頻譜利用率方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。為了實現(xiàn)OAM復(fù)用通信,面臨的首要問題是產(chǎn)生OAM渦旋光束。目前已有的產(chǎn)生OAM光束的器件,存在尺寸過大、非平面以及系統(tǒng)復(fù)雜等問題,難以集成以適應(yīng)OAM光通信系統(tǒng)的需要。本文提出一種便于集成的基于硅基波導(dǎo)OAM產(chǎn)生器,該器件主要由二個平行波導(dǎo)組成的耦合結(jié)構(gòu)和條形波導(dǎo)構(gòu)成的相移器組成。首先分析了光軌道角動量的產(chǎn)生方法和原理,然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計了耦合結(jié)構(gòu)和相移器的結(jié)構(gòu),接著,分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)OAM產(chǎn)生器性能的影響。通過調(diào)整波導(dǎo)的寬度與耦合長度,改變溝槽長度和位置等,采用時域有限差分法(FDTD)進(jìn)行優(yōu)化與性能分析。結(jié)果表明:經(jīng)過優(yōu)化后的OAM產(chǎn)生器可以實現(xiàn)OAM_?1的產(chǎn)生,結(jié)構(gòu)緊湊,損耗小(<0.16dB),器件尺寸僅為33μm×2μm...

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
第一章 緒論
    1.1 OAM光的研究進(jìn)展和意義
    1.2 光軌道角動量的應(yīng)用
    1.3 光軌道角動量的產(chǎn)生方法及研究現(xiàn)狀
    1.4 論文研究工作及安排
第二章 基本理論及數(shù)值模擬方法
    2.1 波導(dǎo)中的矢量模式
    2.2 光波導(dǎo)中的模式耦合理論
        2.2.1 耦合模方程
        2.2.2 耦合功率方程
        2.2.3 條型波導(dǎo)中傳播常數(shù)求解方法
    2.3 利用波導(dǎo)產(chǎn)生渦旋光原理分析
        2.3.1 渦旋光產(chǎn)生的模式組合原理
        2.3.2 渦旋光產(chǎn)生的相移原理
    2.4 時域有限差分法FDTD
    2.5 軟件FDTD solution對 OAM硅基波導(dǎo)進(jìn)行模擬仿真的基本步驟
    2.6 小結(jié)
第三章 硅基波導(dǎo)OAM產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
    3.1 設(shè)計目的與設(shè)計原則
    3.2 波導(dǎo)材料的選擇
    3.3 耦合結(jié)構(gòu)的選擇
    3.4 相移器的選擇
    3.5 OAM產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)設(shè)計
        3.5.1 耦合結(jié)構(gòu)的設(shè)計
        3.5.2 相移器的設(shè)計
    3.6 小結(jié)
第四章 硅基波導(dǎo)OAM產(chǎn)生器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和性能分析
    4.1 耦合結(jié)構(gòu)的參數(shù)分析
    4.2 轉(zhuǎn)換效率和損耗分析
    4.3 耦合區(qū)長度與波導(dǎo)間隔的優(yōu)化
        4.3.1 耦合區(qū)長度對性能的影響
        4.3.2 波導(dǎo)間隔對性能的影響
    4.4 相移器參數(shù)的優(yōu)化
        4.4.1 相移器長度對性能的影響
        4.4.2 相移器位置對性能的影響
    4.5 工藝容差分析
    4.6 小結(jié)
第五章 總結(jié)與展望
    5.1 論文工作總結(jié)
    5.2 OAM產(chǎn)生器在光通信系統(tǒng)中的應(yīng)用
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文
附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目
致謝



本文編號：3871555