光纤型行波调制器理论分析与设计探讨

【摘要】：高速宽带电光调制器是光纤通信、CATV 光纤传输、光孤子通信、光纤传感 等领域的重要器件,在未来光纤通信系统中占有十分重要的地位。随着通信迅 速发展,对高速宽带调制器的研究也迫在眉睫。 本论文综合分析了Ti:LiNbO3波导调制器存在的局限性,首次提出了一种可 以获得高速、宽带调制器的新设计方案——铌酸锂光纤型行波调制器,并利用 有限元法和神经网络方法对比分析了ACPS、SCPS、CPW三种电极结构下光纤 型行波调制器的主要性能指标调制器带宽、微波等效折射率、半波电压、特性 阻抗、微波传输损耗、插入损耗等。分析结果表明该光纤型行波调制器具有两 大特点:一是具有大的带宽;二是半波驱动电压很低,且该调制器性能指标达 到国际先进水平,具有自主知识产权。 本论文首次把神经网络引入到光无源和有源器件的建模设计中,采用径向基 函数(RBF)神经网络通过学习、训练和仿真,实现对光纤方向耦合器,半导体激 光器噪声特性等建模仿真。利用NTT设计脊型Ti:LiNbO3光波导调制器的数据建 立了该调制器的GRNN模型,分析模型误差,结果证明了用神经网络对调制器建 模的可行性和可靠性。 基于人工神经网络速度快、精度高、可扩展性等优点,以及上述模型的论证, 本论文把 GRNN 神经网络扩展到对光纤型行波调制器的建模仿真,并且与有限 元计算和保角变换的 Green 函数近似运算进行比较。神经网络模型输出结果与有 限元方法计算结果一致,精度很高,误差非常小。而且利用所建立的神经网络 模型对光纤型行波调制器的结构尺寸进行了优化设计。 通过理论分析和建模仿真得到光纤型行波调制器的最佳 CPW 电极结构尺寸 和性能指标:带宽?f =250GHz,半波驱动电压Vπ =1.14V,特性阻抗Z =55.78 Ω。设计了光纤型行波调制器全部制作工艺流程,重点突出铌酸锂光纤 M-Z 形 干涉计的制作工艺,该制作工艺国内外尚未见报导。同时还对调制器制作的各 个工艺步骤进行了分析及描述,部分工艺给出了工艺参数以及图文表示,为后 续的光纤型行波调制器的制作和测试提供了重要指导。