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聚合物电光调制器设计与仿真

张琴  
【摘要】: 电光调制器是光纤通信系统的核心器件,它使得光纤的宽频带优势得以利用。聚合物电光调制器由于制备工艺简单,制作成本低,容易实现高带宽调制等显著优势,近年来成为国内外研究的热点。 本文采用掺杂型聚甲基丙烯酸甲酯(CLD1/PMMA),对聚合物电光调制器的波导结构进行了设计与模拟仿真。首先,采用有效折射率法对脊波导结构进行理论分析,完成了脊波导的单模结构设计,并结合optiBPM软件进行仿真,分析了光场在脊波导中的传输情况以及脊波导直流偏置特性。同时,分析表明对微带电极由于采用垂直极化方式,TM模式电光效应引起的折射率变化约为TE模式的3倍,TM模式入射可获得更好的调制性能,因此本文的分析以TM模为主。 电极优化设计是聚合物电光调制器的另一关键技术,本文采用HFSS软件在调制频率为f=10GHz时,对金电极的电光互作用区进行模拟仿真。以阻抗匹配为目标,在给定脊波导尺寸下,对电极结构进行优化设计。得到了阻抗匹配时的电极参数优化值,并对电极的微波特性进行了分析,结果表明在阻抗匹配点,信号的传输效率极高。并同时分析了电极厚度、电极宽度及电极间距对微波有效折射率、特征阻抗、导体损耗的影响。在电极优化参数下,分析了半波电压与微波频率的关系,结果表明阻抗失配、速率失配及电极导体损耗的影响使得半波电压上升。结合频率响应,得出了带宽的提高是以牺牲半波电压为代价的,在设计中应综合优化带宽和半波电压。最后,分析了电光调制器的时域特性,导体损耗的存在使输出波形发生失真。


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