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基于光子晶体的可重构分插复用器（ROADM）的特性研究

作　者: 方晓明
导　师: 陈鹤鸣
学　校: 南京邮电大学
专　业: 光学工程
关键词: 时域有限差分法 缺陷模 波导耦合 光子晶体 光开关 可重构分插复用器 光网络
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着光通信技术的发展,新业务不断涌现,推动光网络发生了根本的变化。WDM光网络正向着具有光交换、光路由以及智能波长分配功能的全光网络方向发展。可重构分插复用器(ROADM)作为全光网络中的关键节点器件逐渐成为光通信领域研究的热点。光子晶体是一种新型材料,具有极强的控制光的能力,而且体积小、易于集成,已被广泛用于设计制作光滤波器、光调制器和光开光等光通信器件。光子晶体为设计结构紧凑的高集成化ROADM提供了一条新途径。研究基于光子晶体的ROADM对未来全光网络的发展具有重要意义。本文首先通过平面波展开法和时域有限差分法研究了二维光子晶体点缺陷、线缺陷的性质以及它们之间的耦合理论,然后基于线缺陷波导之间的耦合理论,通过引入Phenylacetylene型液晶设计了一个2×2的液晶光子晶体波导耦合光开光,并对其性能进行了分析,结果表明该光开光插入损耗低,信道隔离度高,开关时间在ms量级。利用所设计的2×2光开关与一个简单的三端口滤波器级联构造了一个单波长的光子晶体开关型ROADM,该ROADM可以通过光开关控制分插复用器的上下路动作,而且结构紧凑,可以方便的级联设计成多信道结构,但是由于波长重配置由光开关控制,波长重构不够灵活。为了提高波长重构灵活性,本文设计了一种光子晶体调谐型ROADM,分析了它的调谐性能,通过改变点缺陷微腔与线缺陷波导耦合临界点处的介质柱半径对器件进行了优化,仿真结果表明,这种调谐型ROADM可以实现工作波长在1538nm -1570nm之间重新配置,具有插入损耗低和波长信道串扰小的优点,重构时间为ms量级。最后探讨了调谐型ROADM在全光网络中的应用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-21
  1.1 波分复用（WDM）系统与可重构分插复用器（ROADM）  10-14
    1.1.1 波分复用系统简介  10-11
    1.1.2 可重构分插复用器简介及研究现状  11-14
  1.2 光子晶体简介  14-16
    1.2.1 光子晶体的概念  14-15
    1.2.2 光子晶体的主要特性  15-16
    1.2.3 可调谐光子晶体简介  16
  1.3 二维光子晶体光通信功能器件研究概况  16-19
    1.3.1 光子晶体滤波器  17-18
    1.3.2 光子晶体光开关  18-19
  1.4 论文研究重点与工作安排  19-21
第二章 光子晶体数值分析方法  21-33
  2.1 平面波展开法（PWE）  21-25
    2.1.1 平面波展开法的基本理论  21-24
    2.1.2 超晶胞基本理论及其傅立叶变换的位移特性  24-25
  2.2 时域有限差分法  25-31
    2.2.1 Yee 氏差分算法  25-27
    2.2.2 吸收边界条件  27-30
    2.2.3 FDTD 算法的稳定性  30-31
    2.2.4 激励源的选择  31
  2.3 本章总结  31-33
第三章 二维光子晶体缺陷间的耦合分析  33-45
  3.1 二维三角晶格光子晶体中的缺陷  33-38
    3.1.1 点缺陷  34-36
    3.1.2 线缺陷  36-38
  3.2 光子晶体线缺陷间的耦合  38-40
  3.3 光子晶体点缺陷与线缺陷间的耦合  40-44
    3.3.1 边耦合系统  40-42
    3.3.2 平行耦合系统  42-43
    3.3.3 带反射壁的平行耦合系统  43-44
  3.4 本章总结  44-45
第四章 光子晶体开关型ROADM 的设计与性能分析  45-58
  4.1 液晶特性简介  45-46
  4.2 光子晶体2×2 光开关设计  46-52
    4.2.1 耦合区填充液晶的光子晶体波导耦合系统特性分析  46-48
    4.2.2 光子晶体2×2 光开关结构设计与性能分析  48-52
  4.3 光子晶体三端口滤波器的设计  52-54
  4.4 光子晶体开光型ROADM 的设计  54-57
    4.4.1 单波长光子晶体开关型ROADM 设计  54-56
    4.4.2 多波长光子晶体开关型ROADM 的实现方法  56-57
  4.5 本章总结  57-58
第五章 光子晶体调谐型ROADM 的设计与性能分析  58-72
  5.1 分叉复用器模型设计  58-60
  5.2 光子晶体调谐型ROADM 设计与性能分析  60-71
    5.2.1 光子晶体调谐型ROADM 的结构设计  60-61
    5.2.2 光子晶体调谐型ROADM 的调谐性能分析  61-63
    5.2.3 光子晶体调谐型ROADM 的上下路性能分析与优化  63-69
    5.2.4 光子晶体调谐型ROADM 的重构时间分析  69-70
    5.2.5 光子晶体调谐型ROADM 的波长信道串扰分析  70-71
  5.3 本章总结  71-72
第六章 光子晶体ROADM 在WDM 光网络中的应用  72-75
  6.1 WDM 全光通信网的特点  72-73
  6.2 基于光子晶体ROADM 在WDM 全光网络中的应用  73-75
结束语  75-76
致谢  76-77
参考文献  77-82
硕士研究生期间发表的论文  82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 光波通信、激光通信
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