光纖和硅基波導(dǎo)的3模復(fù)用解復(fù)用器的研究.pdf

1、模分復(fù)用系統(tǒng)利用少模光纖來應(yīng)對(duì)單模光纖面臨的香農(nóng)極限問題，將模式作為傳輸信道，能夠成倍的增加光通信系統(tǒng)的傳輸容量。模式復(fù)用解復(fù)用器作為模分復(fù)用系統(tǒng)的重要器件，能夠?qū)崿F(xiàn)基模與高階模的相互轉(zhuǎn)換，同時(shí)將多個(gè)模式復(fù)用/分離進(jìn)入一個(gè)或多個(gè)波導(dǎo)。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，基于理論分析及仿真結(jié)果，分別對(duì)光纖型和波導(dǎo)型的模式復(fù)用解復(fù)用器進(jìn)行研究。本文的主要工作如下:
　　(1)從光纖和矩形波導(dǎo)出發(fā)，研究光在兩種不同結(jié)構(gòu)波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ教匦?，并?duì)波

2、導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ竭M(jìn)行仿真和分析。同時(shí)對(duì)波導(dǎo)中傳輸?shù)哪Ｊ秸恍砸约袄民詈夏＠碚搶?duì)波導(dǎo)間各個(gè)模式發(fā)生耦合及轉(zhuǎn)換進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)。
　　(2)介紹一種錐形光纖型三模式（解）復(fù)用器，它能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換以及模式（解）復(fù)用。利用COMSOL軟件對(duì)該器件進(jìn)行仿真分析，得到該器件分別實(shí)現(xiàn)模式復(fù)用和解復(fù)用時(shí)輸入端及輸出端的光場(chǎng)分布圖。提出通過計(jì)算復(fù)用器輸出端光場(chǎng)與標(biāo)準(zhǔn)模式場(chǎng)的重疊積分值以及解復(fù)用器各個(gè)輸出端口光功率比值得到該器件實(shí)現(xiàn)模式復(fù)用/解

3、復(fù)用的效率，并且分析了改變器件結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)模式（解）復(fù)用效率的影響。結(jié)果表明:當(dāng)復(fù)用器拉錐長(zhǎng)度為3.88cm時(shí)實(shí)現(xiàn)模式復(fù)用的效果最好，輸出端的三個(gè)模斑與其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模式場(chǎng)的相似度分別為0.8991、0.6834、0.5080;改變拉錐長(zhǎng)度對(duì)LP01模向LP01、LP11a模的轉(zhuǎn)換沒有太大的影響，但是對(duì)LP01模向LP11b模的轉(zhuǎn)換影響較大;解復(fù)用器長(zhǎng)度為3.8931cm時(shí)實(shí)現(xiàn)解復(fù)用的效果最好，各個(gè)模式經(jīng)過轉(zhuǎn)換后在輸出端對(duì)應(yīng)的端口光強(qiáng)為最大

4、。
　　(3)利用FDTD(Finite Difference Time Domain)算法分別對(duì)條形波導(dǎo)和脊型波導(dǎo)兩種結(jié)構(gòu)下的模分復(fù)用解復(fù)用器進(jìn)行設(shè)計(jì)及仿真，得到了器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)模式復(fù)用解復(fù)用時(shí)的光場(chǎng)傳輸圖，通過計(jì)算解復(fù)用器輸出端各個(gè)端口輸出的能量比值得到損耗以及串?dāng)_，并且討論了改變器件結(jié)構(gòu)及工作波長(zhǎng)對(duì)串?dāng)_的影響。結(jié)果表明:兩種結(jié)構(gòu)下的模分復(fù)用解復(fù)用器的損耗均小于1dB，串?dāng)_均低于-20dB;在1.55μm波長(zhǎng)處滿足相位匹配條件，模