微环谐振器慢光特性与电光开关的研究

论文摘要

随着信息通信领域的高速发展,传统的电子通信和电交换已经无法满足人们日常的需求,全光网络必然成为互联网发展的趋势。微环谐振器目前在光电子学中占有重要的地位,由微环谐振器构建的各种光器件,如密集波分复用器、光路由器、光开关等,已成为集成光学研究的重点课题。本论文研究了并联型微环谐振器阵列的慢光特性和基于嵌套型微环谐振器的电光开关。保证使信道中光速减慢的同时,令直波导中附加相移器实现对每个慢光信道的动态调谐;利用嵌套型微环谐振器结构,使电光开关的开关电压更小,提高了密集波分复用系统的性能。主要完成的工作如下:(1)以微环谐振器的工作原理为基础,研究了侧向耦合平行信道微环谐振器和竖直耦合交叉信道微环谐振器这两种基本结构,并讨论了几种衡量微环谐振器性能的主要参数。应用耦合模理论对微环谐振器建立数学模型,推倒出耦合系数与微环谐振器各参数之间的关系,并进行了仿真分析。在耦合模理论的基础上,研究了传输矩阵法,方便有效的推导出微环谐振器输出端口与输入端口之间的关系,在微环无损耗的情况下,输出端口的光强度与输入端口的光强度相等。(2)利用传输矩阵法,建立了单微环单波导微环谐振器和单微环双波导微环谐振器的数学模型,并对两种微环谐振器结构的慢光特性进行了仿真分析,得出在不同结构下,微环谐振器产生慢光特性的条件。研究微环谐振器阵列的慢光特性时,将微环谐振器阵列分解成许多个小的传输单元,应用传输矩阵法对小的传输单元建立数学模型,得出微环谐振器阵列直通端和下载端的频谱函数,并仿真分析了振幅透射系数、微环折射率、微环损耗系数和相邻两个微环环心间距等参数对输出频谱的影响,分析了不同微环半径不同微环数目下,微环谐振器阵列的慢光特性。利用附加相移器的方法,改变微环谐振器阵列的有效相移,实现了对每条慢光信道的动态调谐,增强了器件的灵活性。(3)针对传统电光开关开关电压过高的缺陷,提出了一种嵌套型微环谐振器电光开关结构,在原来微环中嵌套一个小微环,使两个微环之间只有一处耦合区,并用极化聚合物作为微环波导芯的材料,将外加电压添加在小微环上,应用电光调制理论,仿真得出当在小微环上施加很小的电压时,就可以满足光开关的要求,对信道实现通断功能,之后分析了该器件的时域响应,完成一次完整信道通断时间为皮秒级,得出该结构的电光开关具有开关电压小,响应时间短,插入损耗小,串扰低等优点,节约了资源,提高了密集波分复用系统的性能。

论文目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 微环谐振器国内外研究状况

1.2.1 微环谐振器慢光特性的国内外研究状况

1.2.2 微环谐振器电光开关的国内外研究状况

1.3 论文的主要内容和结构安排

2 微环谐振器的工作原理和研究方法

2.1 微环谐振器的谐振条件

2.2 微环谐振器的基本结构和主要参数

2.2.1 微环谐振器的基本结构

2.2.2 微环谐振器的主要参数

2.3 耦合模理论

2.4 传输矩阵法

2.5 本章小结

3 微环谐振器慢光特性的研究

3.1 微环谐振器慢光特性的产生条件

3.1.1 单微环单波导微环谐振器的慢光特性

3.1.2 单微环双波导微环谐振器的慢光特性

3.2 微环谐振器阵列慢光特性的仿真分析

3.2.1 建立微环谐振器阵列的传输矩阵

3.2.2 微环谐振器阵列仿真分析

3.2.3 不同微环半径下慢光特性的仿真分析

3.3 微环谐振器阵列慢光特性的动态调谐

3.3.1 微环谐振器阵列有效相移的调谐

3.3.2 微环谐振器阵列慢光特性的调谐

3.4 本章小结

4 微环谐振器电光开关的研究

4.1 光开关

4.2 折射率电光调制原理

4.2.1 电光效应

4.2.2 极化聚合物材料的电光特性

4.3 嵌套型微环谐振电光开关的研究

4.3.1 结构和原理

4.3.2 开关功能

4.3.3 时域响应

4.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 岳云龙

导师: 胡亚琦

关键词: 全光网络,微环谐振器,传输矩阵法,慢光特性,电光开关

来源: 兰州交通大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 兰州交通大学

分类号: TN256

DOI: 10.27205/d.cnki.gltec.2019.000543

总页数: 69

文件大小: 2640K

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