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光网络节点中的光耦合理论研究

胡劲华  
【摘要】:光通信技术的迅速发展,对光器件的要求越来越高。高速发展的集成光学技术推动着光器件向小型化、大规模集成发展。使用集成光器件可以减小光网络节点设备的体积,优化节点的性能。光耦合技术是光器件集成和封装的关键,随着光器件的发展,光耦合技术也与之俱进。 现阶段,光网络技术迅速发展和IP业务高速增加,这些都对光网络结构和节点光器件的性能要求越来越高。为了适应IP业务的突发性要求,提高带宽的利用率,近年来光轨网络应运而生。光轨节点是以光纤器件为主的,随着集成光学技术的发展,部分集成光器件可以运用到光轨节点中,例如光轨节点的光耦合器可以使用波导光栅。但是必须解决波导光栅与光纤耦合封装问题。本文研究使用扩束光纤和宽波导光栅来降低封装的难度:基于高斯光束与波导光栅的光耦合理论,利用矩阵光学和高斯光束理论分析和设计了一种扩束光纤,并通过分析其耦合损耗,建立了扩束光纤与波导光栅耦合模型。优化所设计扩束光纤的结构参数后,最后分析了扩束光纤的结构容差,并讨论了所设计扩束光纤的输出光束在光栅表面的位置变化对光栅耦合效率的影响。可知扩束光纤输出的光束具有较大的位置容差。 宽带接入网中光纤到户(FTTH)技术是主要方案,单纤三向复用器是核心节点器件。为了降低成本和提高器件的性能,平面光波导型单纤三向复用器成为研究热点。本文介绍了集成光波导型单纤三向复用器的发展状况,设计了一种多模干涉(MMI)耦合器和定向波导耦合(DC)组成的单纤三向复用器芯片:利用了在弱导条件下的额外自成像现象,设计了MMI;利用光波导耦合理论,在MMI的一个输出臂直接耦合一段弯曲波导,设计出一个定向耦合器,减少了器件的长度,节约了成本。从模拟输出谱的结果来看,单纤三向复用器的带宽完全满足ITU标准,同时插入损耗也较低。


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