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声表面波及其在声光可调谐滤波器中应用的研究

温传敬  
【摘要】: 建立在波分复用(WDM)传输和光分插复用(OADM)、光交叉互联(OXC)光节点基础上的WDM全光网(WDM-AONs)将成为占主导地位的新一代光纤通信网络。OADM(Optical Add/Drop Multiplex)是波分复用(WDM)光网络的关键器件之一。OADM节点的核心器件是光滤波器件,由滤波器件选择要上、下路的波长,实现波长路由。在我们的课题研究中,主要侧重于基于声光可调谐滤波器的OADM.。 集成声光可调谐滤波器(AOTF),具有调谐范围大,输出线宽窄,调谐速度快,无多级衍射,无移动部分,调谐方便可靠并能直接与光纤匹配等优点。因此,AOTF的研究受到广泛的关注。 本文先从声光作用的介质——压电晶体入手,介绍了晶体的对称性、点群,晶体的弹性系数,介电常数,以及压电效应的知识,接着把问题具体化,介绍常用的压电晶体铌酸锂LiNbO3的性质和特点,顺便提及了新型材料铌酸钾。 接下来,我们讨论了声表面波(SAW)在半无限大压电晶体中的传播特性,采用新的参数和数值计算方法,得出了LiNbO3在不同切向下的相速度曲线,然后依据得到的相速度,计算出了相应的有效机电耦合系数、倒速度曲线、偏离角等,而这些都是设计声表面波器件、声光器件所必需的参数。我们还讨论了SAW的激发,叉指换能器(IDT)的结构、简单模型,以及IDT的切趾和加权,用格林函数法讨论用于声光器件的IDT等相关的问题。 最后一部分,先介绍了WDM系统以及光滤波器的一些基础知识,接着从声光效应的理论分析入手,进入我们的研究重点AOTF。同时,分析了AOTF的一个重要的参数——旁瓣的产生及如何压低的问题。特别分析了LiNbO3基底覆盖薄膜式声波导后,声表面波传播特性的变化:我们计算了覆盖SiO2薄膜时,其厚度对声表面波速度的影响;并得到了覆盖0.4μm的SiO2薄膜后,X切割铌酸锂的速度和走离角的变化曲线,为实现角度补偿切趾提供了理论基础,进而研究了覆盖薄膜式声波导的集成声光可调谐滤波器,并简要讨论了基于薄膜式声波导声光可调谐滤波器的OADM。并提出了改进的设想,以期得到性能更加出色的AOTF。


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