聚合物基集成波导分束器研究

摘要

随着光通信技术的快速发展，用户对于带宽的需求也不断提高。由于非对称数字用户线路(ADSL)接入方式的带宽逐渐成为网络应用的瓶颈，而光纤到户(FTTH)在带宽方面的优势使得它成为新一代接入网技术发展的主流，FTTH满足了数据、语音、CATV等综合业务对高带宽的需求。 但是，FTTH的广泛应用尚需进一步降低成本。根据ITU-T标准规定，在FTTH接入网中分别由三个波段的光波承载信号的传输，其中1490nm波长和1550nm波长的光作为下行信息传输窗口，分别承载下行的语音数据信号和CATV模拟信号，1310nm波长的光作为上行信息传输窗口，承载上行的语音数据信号。若采用单纤三向技术实现这三种信号波长的传输则可以大大降低接入成本。这样，低成本、高性能的单纤三向波分器成为FTTH能否得到广泛应用的关键因素之一。 本文从单纤三向波分器所要实现的目标出发，结合新型液态光波导材料PSQ的光学特性，包括折射率调控范围、材料色散及双折射，讨论了相关光学参数和结构参数对该单纤三向波分器滤波特性的影响。 从理论上分析了该基于平面集成光波导的单纤三向波分器实现对指定三种波长具有滤波作用的工作原理。该波分器主要由两种结构组成，一种是非对称Y分支结构，另一种是定向耦合结构。分析了非对称Y分支结构能够分离1310nm与1490nm、1550nm波长光的理论原理，并且讨论了该结构能够实现宽带宽的同时还具有偏振无关的特性。利用耦合模理论研究了定向耦合结构的分光原理，该结构用来分离1490nm与1550nm波长的信号光。 采用液态PSQ为光波导芯层和包层材料，设计了基于平面集成光波导的单纤三向波分器。首先，从波导单模条件出发，确定了波导芯层和包层的折射率、及横截面尺寸；其次，讨论了在非对称Y分支结构中分支夹角和长度对其滤波特性的影响，并对结构做了最终的优化；接下来，研究了定向耦合结构中耦合间距对其滤波特性的影响，并具体说明了耦合区总长度的确定方法；最后，考虑了波导材料的色散及双折射对器件滤波特性的影响。 采用聚合物PPESK为光波导芯层材料设计波导光栅耦合器，分析了该耦合器的基本工作原理，考查了光栅的刻蚀深度和占空比对耦合效率的影响。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1光纤通信概述

1.1.1 光纤通信的发展过程

1.1.2光纤接入网结构及特性

1.2单纤三向波分器的发展及种类

1.2.1 单纤三向波分器的发展

1.2.2基于平面光波回路技术PLC的单纤三向波分器种类

1.3有机聚合物光波导材料的优点

1.4本论文的研究工作

2基于平面集成光波导的单纤三向波分器理论分析

2.1非对称Y分支结构的工作原理

2.1.1 基本原理

2.1.2色散关系

2.1.3偏振无关

2.2定向耦合结构的工作原理

2.2.1 定向耦合区的耦合振幅方程

2.2.2耦合长度及计算

2.2.3定向耦合结构的分光条件

2.2.4完全耦合

3基于平面集成光波导的单纤三向波分器设计

3.1液态聚合物光波导材料PSQ的光学特性

3.2非对称Y分支结构的优化设计

3.2.1 右分支插入损耗及单模条件

3.2.2左分支插入损耗及单模条件

3.2.3 芯层和包层折射率

3.2.4左右分支横截面尺寸

3.2.5两分支角度

3.2.6非对称Y分支长度

3.2.7非对称Y分支的优化

3.3 定向耦合结构的优化设计

3.3.1 波导截面尺寸

3.3.2 定向耦合间距

3.3.3定向耦合区总长度

3.3.4最终优化结构

3.4单纤三向波分器的优化设计

3.4.1 材料色散

3.4.2双折射

3.4.3优化设计及模拟结果

4聚合物波导光栅离面耦合器的特性分析

4.1波导光栅耦合器的理论原理

4.2波导光栅耦合器的特性分析

4.2.1 波导光栅的刻蚀深度对耦合效率的影响

4.2.2波导光栅的占空比对耦合效率的影响

4.3波导光栅耦合器的设计结果

结 论

参考文献

附录A Rsoft模拟软件界面

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢