新型阵列波导器件的理论与实验研究

【摘要】：波导器件是光通信网络中的关键光电子器件。其性能优劣对光通信系统的传输质量起着决定性的影响。与之相关的波分复用器、光功率分支器、波长解复用光探测阵列模块等成为目前研究的热点。本文围绕新型阵列波导器件开展了深入的理论和实验研究,具体内容如下: (1)研究了阵列波导光栅的工作原理,运用线性系统理论导出了器件传输的数学模型。提出了AWG 结构参数的优化设计方法,给出了32×0.8nm,中心波长为1.54851μm的阵列波导光栅的优化设计实例。 (2)提出了一种新的有限差分光束传播方法,在不增加计算时间的基础上有效提高了模拟的精度。介绍了以有限差分光束传输法为核心算法编制的AWG 模拟计算软件,对AWG 中的传输光场进行了详细的分析和计算,并在此基础上对1×4、1×8 和1×32 AWG 的输出光场分布及光谱响应进行了模拟计算。 (3)提出了采用偏振相关理论以实现偏振不敏感阵列波导光栅的新方案,有效改善了器件的偏振相关损耗,奠定了研制新型偏振不敏感AWG 的理论基础。并且探讨了提高宽扁形波导与光纤耦合效率的方法。 (4)提出了采用离子束辅助沉积制备阵列波导光栅波导材料的新方法,并进行了实验验证。测试结果表明该器件在偏振相关性以及热稳定性等指标上都得到了改善。 (5)建立了基于直波导的新型阵列波导光栅的理论模型。详细介绍了新型AWG 结构参数的优化设计。并且基于FD-BPM 方法对新型AWG 进行了模拟计算分析,模拟结果显示采用设计的结构参数,可以获得比较好的解复用效果。分析了自聚焦平板波导GISLAB 的工作性能,得出GISLAB 后焦面上的光场分布正比于物体的傅里叶变换的重要结论。并通过实验验证了GISLAB 的工作特性。 (6)提出了一种精度比较高的光敏光纤光敏性的在线测量方法,测得的光纤折射率变化与曝光时间的变化关系与H. Patrick 等人提出的吸收模型的变化规律一致,该方法具有较高的准确性与实用价值。对光敏光纤的光敏性进行了实验研究,通过选择合适的实验条件,使光纤的光致折射率变化率达到1%,而且光纤横截面的折射率分布也比较均匀。这为基于光敏性的波导器件研究奠定了良好基础。 (7)探讨了采用Interleaver 以实现1×32 100GHz 密集波分复用器的方法。理论