基于微环谐振腔光码分多址编解码器的设计及特性分析

摘要

光码分多址(OCDMA)技术结合了电CDMA的优点和光纤通信的带宽优势，是实现全光通信的重要技术之一。光编解码器作为OCDMA系统的核心器件，正在向更高集成度、更易调谐、更多用户的方向发展。微环谐振腔凭借其模式体积小，选频特性优越，支持多调谐方式以及兼容微电子批量加工等优点，成为满足光编解码器发展需求的有效方案之一。目前，该类型编解码器在理论和结构设计方面，主要存在三方面的问题：一是部分编解码方案欠佳，体现在利用微环一维编解码方式，限制了系统容量的扩展；二是编解码器性能不高，解码输出自/互相关峰值比较低；三是用户容量不易扩展，编解码信道频带利用率低。此外，在OCDMA系统传输过程中常伴随旋转信号的传输，这就需要实现对旋转光信号的接收、发送及解码。针对上述问题，本文在以下方面展开了研究工作：
　　1.利用微环谐振腔阵列下载端反射谱结合相移器相位变换，提出了以微环阵列为核心单元的二维相干光编解码器结构；建立了微环阵列结构的传输矩阵方程；分别研究了耦合双环、串联三环编解码器结构的反射谱特性；分析了上述两种编解码器的结构参数与自/互相关峰值比的关系。通过数值仿真得到这两种结构波长/相位二维解码的时域/频域输出谱线和自/互相关峰值比，理论上验证了微环谐振腔阵列编解码器的可行性。
　　2.设计并研究了编解码器优化方法，提出了最佳耦合系数法、耦合系数高斯\平坦化分布优化法以及半径优化法。针对并联耦合双环、串联三环两种编解码器结构，对比其优化前后的编解码器性能。理论计算表明，优化后的编解码器结构提高了自/互相关峰值比。
　　3.利用游标效应易于扩展微环自由频谱宽度的优点，优化了编解码器结构，增大了系统用户容量。分析了游标效应下，微环串联编解码器结构的3dB带宽、矩形因子、峰值反射率以及伪模抑制特性，仿真实现了该结构的二维波长跳频/相位编解码。结果表明，具有游标效应的微环串联结构可以扩展用户容量。
　　4.针对OCDMA传输过程中的旋转光信号接收和发送，设计并实现了一种聚合物倒锥透镜型单通道旋转连接器。理论分析了该器件的结构参数，阐述了它的制备方法，并实验测试了该旋转连接器的性能。

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第一章绪论

1.1引言

1.2 OCDMA编/解码技术

1.3光学微环谐振腔

1.4本论文的主要工作

第二章微环谐振腔基本理论

2.1微环谐振腔基本结构

2.2单微环谐振腔特性分析

2.3 并联微环谐振腔

2.4串联微环谐振腔

2.5 本章小结

第三章耦合双环谐振腔编解码器

3.1耦合双环阵列编解码器

3.2耦合双环阵列编解码器特性研究

3.3耦合双环阵列编解码器优化实现

3.4 本章小结

第四章串联阵列微环谐振腔编解码器

4.1串联三环阵列编解码器

4.2串联三环结构参数对编解码器性能的影响

4.3串联三环编解码器结构优化

4.4串联三环阵列编解码实现

4.5 本章小结

第五章编解码器容量扩展研究

5.1游标效应

5.2容量扩展结构研究

5.3 Vernier结构编解码器

5.4 Vernier编解码器结构实现

5.5 本章小结

第六章单通道聚合物旋转连接器的研制

6.1 器件基本结构与理论

6.2 器件加工制备

6.3 实验测试

6.4 本章小结

第七章总结与展望

7.1 本文的主要研究内容及结论

7.2 本文的主要创新点

7.3 下一步研究方案

参考文献

攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况

致谢