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《华中师范大学》 2002年
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阵列波导光栅的空间频域特性与分析

夏舸  
【摘要】: 随着光子技术迅速发展,集成光学系统相对于传统的光学体器件系统具有明显的优点,这使得“集成光学”的概念渗透到了光信息技术的各个领域。而实现相干系统的光学集成具有重要意义,因为相干系统在光信息处理领域的应用非常广泛,是光信息处理的基本系统。 基于Si基片的平面波导回路技术的阵列波导光栅(AWG)具有两个基本的功能:复用/解复用功能以及静态路由功能。该器件在光纤通信领域中获得了极其广泛的应用,已经成为密集波分复用系统(DWDM)的关键器件之一。论文应用傅立叶光学的空间频域变换,从空间频域的角度分析了AWG的传输特性,探讨了AWG的傅立叶变换功能及其相干系统特性,以及它在光信息处理领域中的应用。 论文首先介绍了AWG的结构原理,在WDM系统中的应用、新发展及其相应问题的解决措施。然后介绍了AWG的空间频率域分析方法的理论基础:傅里叶光学的基本理论。 以此为基础,论文从空间频域的角度分析了基模光信号在通过AWG的过程中各个阶段的光场强度变化情况,得到了AWC的传输特性的一般表达式,并讨论了AWG的相干系统特性。此时,整个AWG可以看作是一个光学传递系统,其传递特性主要由两个平板波导和阵列波导的传输特性决定。输入平板波导内光束的衍射过程是“分频成谱”的过程,在阵列波导的输入面接收到的是输入光信息的角谱;而输出平板波导内光束的衍射过程则是“合频成像”的过程,正是由于阵列波导输出口排列分布在圆弧形结构上,其弯曲位相因子消去了菲涅耳衍射中的二次位相因子,从而在输出波导面上能够得到夫琅和费衍射图样。两种衍射过程的实质是空间傅里叶变换。而光场通过阵列波导的过程,可 八 硕士学住论文 w AIASTER’S T IESIS 以看作是空间抽样以及空间滤波的过程:空间抽样由阵列波导的周期间隔排列 完成,空间滤波由每个阵列波导的基模形式以及位相延迟完成(阵列波导即为 一空间滤波器)。AWG具有相干系统的“分频成谱、合频成像”这一本质功能, 因此若从空间频域的角度来看,AWG就是一个相干系统的光学集成:两个平 板波导类似两个一维傅里叶透镜,实现光信号的两次傅里叶变换;而阵列波导 区即为频谱区。 另一方面,运用光学信息处理方法,我们探讨了AWG型相干系统频谱区两 类基本的滤波函数的引入,设计了两种光信号处理器:光信号加减器以及位相, 滤波器。通过在阵列波导嵌入一定传递函数的振幅型滤波片(模片),设计了 AWG型光信号加减器;通过改变中心阵列波导的长度,设计了AWG型相衬 滤波器。 最后,对本文工作作了总结,对后续工作进行了阐述。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN253

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