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条形波导放大器和微环谐振放大器的基础研究

作　者: 汪玉海
导　师: 马春生
学　校: 吉林大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 波导放大器 微环谐振器 铒镱共掺 增益特性
分类号: TN722
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文首先介绍了波导放大器和微环谐振器的发展历程、研究现状和实际应用,阐述了器件的结构及原理和工艺制作技术。然后简要地介绍了矩形波导的模式特性和定向耦合的研究方法,并把它推广应用到微环与信道、微环与微环间的弯曲耦合中,给出了振幅耦合比率的表达式。根据铒/镱离子的能级结构,应用速率方程和传输方程,详细地分析了条形掺铒波导放大器、掺镱波导放大器和铒镱共掺波导放大器的放大特性。应用耦合模理论和微环谐振器理论,详细分析了铒镱共掺平行信道单环、并联双环和串联双环谐振器的滤波和放大特性,并进行了参数优化和结构设计。本论文创新点如下:1.引入光场与掺杂分布的重叠因子,在忽略波导损耗和放大自发辐射后,使掺铒波导放大器、掺镱波导放大器及铒镱共掺波导放大器的增益可用公式化表示,有效地简化了模拟过程,具有简捷实用的特点。对掺铒波导放大器、掺镱波导放大器及铒镱共掺波导放大器三种器件进行了分析和讨论,结果表明:当输入泵浦功率大于泵浦阈值时,增益大于零,波导才对信号光起放大作用;泵浦光的功率越大,增益越大;信号光的功率越大,增益越小;波导长度越长,掺杂浓度越高,泵浦阈值就越大。在最佳长度及最佳掺杂浓度下放大器才具有最大增益。通过对比,铒镱共掺波导放大器具有更好的增益特性。2.采用增益介质材料,对平行信道单环、并联双环和串联双环结构的微环谐振器的滤波和放大特性进行了数值模拟。泵浦光和信号光由输入信道耦合进入微环中,并在微环中发生谐振,然后耦合进入输出信道。在此过程中,泵浦光的能量转移给信号光,其中以谐振波长的信号光的输出功率为最大,因而器件同时实现了滤波及放大功能。一般情况下,由于微环尺寸在几微米到几十微米,因此微环谐振器更有利于放大器的小型化和集成化。

全文目录


提要  4-8
第一章 绪论  8-40
  1.1 波导放大器  8-23
    1.1.1 研究进展  8-20
    1.1.2 应用  20-21
    1.1.3 分类和特点  21-23
  1.2 微环谐振器  23-34
    1.2.1 研究进展  23-26
    1.2.2 应用  26-30
    1.2.3 分类和特点  30-34
  1.3 制作技术  34-36
  1.4 本论文的研究内容及创新点  36-40
    1.4.1 论文结构  36-37
    1.4.2 研究内容  37-38
    1.4.3 创新点  38-40
第二章 矩形波导  40-54
  2.1 结构模型  40-42
  2.2 横向亥姆霍兹方程  42-43
  2.3 场分布函数和特征方程  43-44
  2.4 矩形波导的定向耦合  44-48
    2.4.1 耦合模方程及其解  44-47
    2.4.2 双矩形波导定向耦合器的耦合系数  47-48
  2.5 矩形波导的弯曲耦合  48-54
    2.5.1 耦合模方程及其解  48-51
    2.5.2 振幅耦合比率  51-54
第三章 条形掺铒波导放大器  54-64
  3.1 能级结构  54
  3.2 速率方程  54-56
  3.3 传输方程  56-57
  3.4 增益表达式  57-59
  3.5 分析及模拟  59-63
  3.6 小结  63-64
第四章 条形掺镱波导放大器  64-72
  4.1 能级结构  64
  4.2 速率方程  64-66
  4.3 传输方程  66
  4.4 增益表达式  66-67
  4.5 分析及模拟  67-71
  4.6 小结  71-72
第五章 条形铒镱共掺波导放大器  72-88
  5.1 能级结构  72-73
  5.2 速率方程  73
  5.3 传输方程  73-74
  5.4 增益表达式  74-77
  5.5 分析及模拟  77-85
    5.5.1 前端单向泵浦  77-81
    5.5.2 前后两端双向泵浦  81-85
    5.5.3 后端单向泵浦  85
  5.6 小结  85-88
第六章 微环谐振放大器  88-114
  6.1 单环谐振放大器  88-98
    6.1.1 基本结构  88-89
    6.1.2 传递函数  89-90
    6.1.3 分析及模拟  90-98
  6.2 并联双环谐振放大器  98-105
    6.2.1 基本结构  98-99
    6.2.2 传递函数  99-100
    6.2.3 分析及模拟  100-105
  6.3 串联双环谐振放大器  105-111
    6.3.1 基本结构  105
    6.3.2 传递函数  105-107
    6.3.3 分析及模拟  107-111
  6.4 小结  111-114
结论  114-118
参考文献  118-126
攻读博士学位期间发表的论文  126-127
致谢  127-128
摘要  128-131
Abstract  131-134

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 放大技术、放大器 > 放大器
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