多通道阵列波导光栅的研究

【摘要】：由于多媒体通讯所带来的网络流量激增,使得升级通信网络容量和速度变得日益重要,传统的通信技术和器件已不能很好地满足上述需求。阵列波导光栅作为密集波分复用系统中的一种关键器件,为解决这一问题提供了切实可行的方案。如今,凭借通道数目多、通道间隔小、插损和串扰低、光谱响应平坦等诸多优点,阵列波导光栅在光纤通信中正发挥着日益重要的作用。本文首先对阵列波导光栅的相关光波导理论进行了研究,介绍了平板波导和矩形波导的结构,讨论了它们的电磁场分布。简要阐述了马卡提里近似解析法和有效折射率法,并将其用于对矩形波导的分析。然后对阵列波导光栅的基本原理及特性进行了分析,阐述了输出光谱性能改进的若干方法。本文首先设计了一个1×8、波长间隔为1.6nm的阵列波导光栅解复用器,研究了阵列波导光栅的波长通道数、波导芯尺寸、有效折射率、波导间隔、阵列波导数等关键参数的相互关联性。给出了一种实现均匀通道输出特性的方法,借助基于有限差分光束传输法的RSoft BeamProp软件对1×8的阵列波导光栅进行了仿真,并采用韩国ChemOptics公司的ZPU紫外固化聚合物材料对器件进行了制备和测试。最后,在前面研究的基础上,优化设计出了一个1×41、波长间隔为0.4nm的密集型阵列波导光栅解复用器,并对其进行了模拟仿真。仿真结果显示,采用本文的方法能获得具有低损耗和均匀通道输出特性的多通道阵列波导光栅,边缘输出通道的插入损耗低至-2.9dB,通道插入损耗均匀性低至1.3dB,相邻通道串扰被限制在-25dB左右,非相邻通道串扰被限制在-40dB左右。