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数字微镜器件的光学衍射特性及其应用研究

陈瀛  
【摘要】:随着微机电系统(MEMS)和硅基液晶处理器(LCoS)等光学超大规模集成电路(Opto-VLSI)芯片技术的发展,各种基于Opto-VLSI芯片的智能化光学信号处理技术成为近年来光电子技术领域的一个研究热点,在光通信和生物医学成像等方面有着广泛而重要的潜在应用价值。能够通过软件进行远程控制的可重构光分插复用器(ROADM)是未来智能化全光网络发展所必需的关键基础性设备。基于波长阻断器(WB)的ROADM具有插损低、消光比好、通道数多、通道问隔小、成本低和可靠性高等优点,具有重要的研究价值。数字微镜器件(DMD)是一类通过大规模集成电路技术制造的微反射镜阵列,在图像显示和光学信号处理领域具有广阔的开发应用前景。本文首次提出利用DMD作为波长阻断元件,从理论和实验两个方而深入研究了DMD的光学衍射特性及其在波长阻断技术中的若干基础理论和关键技术问题。主要内容包括:(1)从DMD特殊的光电特性出发,以标量衍射理论为基础,建立二维光栅衍射物理模型,分析了像素间距分别为13.68μm、10.8μm、7.6μm的三种DMD满足闪耀条件时的衍射光强度与入射角大小和像素间距等物理参数之间的关系。(2)通过理论分析和实验验证,得出像素间距为13.68μm的DMD在入射角为27.4°时,与实验所需的近闪耀约束条件最为匹配,且光强大小高于另外两种DMD,确保实验中的衍射耦合效率最高。(3)根据实验结果,将间距为13.68分m的DMD用到WB中,搭建了套基于DMD的WB系统,可以实现C波段上的波长阻断功能。系统的插入损耗为5-6dB。为下一步研制基于DMD芯片的高性能光学滤波器和高端口数N×N端口波长阻断器提供理论基础和关键技术。


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