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ROADM的偏振分束器设计

作　者: 徐建镭
导　师: 金杰
学　校: 天津大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: Ti扩散铌酸锂波导偏振分束器模式耦合
分类号: TN929.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 103次
引　用: 1次
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内容摘要

可重构光分插复用器(ROADM)是实现现行的WDM网络迈向全光网络过程的关键节点器件,它不仅能够从多波长线路信号中下载某特定波长到本地,最重要的是具有动态可重构的能力,加快了光网络的智能化进程。偏振分束器与偏振转换单元构成了整个ROADM器件,集成偏振分束器(PBS)的作用是分离或者合并TE模和TM模,因此为满足ROADM器件的性能要求,本文中设计的偏振分束器必须具有高消光比、高透射率等特点。现行的PBS技术大多基于光纤或波导型器件,成品率低、消光比低、可控性差,不利于集成化。为适应新型光网络对偏振分束器的要求,本论文提出一种基于Ti扩散铌酸锂波导的偏振分束器。该器件采用Ti扩散铌酸锂波导结构,利用两耦合臂的模式耦合将TE模和TM模分离,由输出端口分别输出。本论文从分析偏振分束器铌酸锂晶体的双折射效应、电光效应等理论出发,讨论了两种常用的扩散铌酸锂波导制作方法,尤其是Ti热扩散过程中影响偏振分束效果的各种参数。在此基础上,论文运用模式耦合理论推导出两种结构下设计的偏振分束器的理论模型,计算了偏振分束器分束条件,确定器件波导的几何参数和波导制备参数。本文最后针对偏振分束器制作过程无法精确控制扩散后的消光比和折射率差等缺点,提出了一种电极优化设计方案并论证其可行性。经仿真研究表明,本论文设计的偏振分束器,具有集成度高、消光比高、传输损耗低等特点。并且可在不改变器件结构的条件下实现消光比可调、折射率差可控。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 ROADM发展历程  7-8
  1.2 偏振分束器在ROADM中的作用  8-9
  1.3 本论文的主要工作及安排  9-10
第二章基于钛扩散铌酸锂晶体的理论分析  10-25
  2.1 Ti:LiNbO_3波导  10-14
    2.1.1 折射率椭球  10-12
    2.1.2 铌酸锂波导制作方法  12-14
  2.2 模式计算方法  14-23
    2.2.1 有限元法FEM  14-17
    2.2.2 有效折射率法ERI  17-20
    2.2.3 光束传播法BPM  20-23
  2.3 模式耦合理论  23-25
第三章 Ti扩散铌酸锂波导折射率计算  25-38
  3.1 折射率计算应用  25-28
    3.1.1 表面折射率分布  25-27
    3.1.2 有效折射率计算  27-28
  3.2 波导参数对于折射率分布的影响  28-38
    3.2.1 扩散温度  28-30
    3.2.2 Ti条厚度  30-33
    3.2.3 扩散时间  33-35
    3.2.4 波导宽度  35-38
第四章直波导偏振分束器设计及仿真  38-49
  4.1 模式传光特性  38-41
    4.1.1 TE模传光特性  38-40
    4.1.2 TM模传光特性  40-41
  4.2 模式耦合  41-43
  4.3 直波导结构消光比影响参数  43-49
    4.3.1 扩散温度  45
    4.3.2 Ti条厚度  45-46
    4.3.3 耦合长度  46-47
    4.3.4 扩散时间  47-49
第五章零间距偏振分束器设计及仿真  49-60
  5.1 零间距弯曲波导结构消光比影响参数  49-55
    5.1.1 扩散温度  49-50
    5.1.2 Ti条厚度  50-51
    5.1.3 扩散时间  51-52
    5.1.4 耦合长度  52-53
    5.1.5 波长适应性  53-55
  5.2 电极优化设计  55-60
    5.2.1 铌酸锂晶体电光效应  55-58
    5.2.2 电光调谐型偏振分束器  58-60
第六章总结与展望  60-62
  6.1 论文总结  60-61
  6.2 下一步工作的计划  61-62
参考文献  62-65
致谢  65

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