離子交換光波導(dǎo)及光功分器仿真研究.pdf

1、隨著PLC工藝的成熟和成本的降低，集成光器件日益取代原有的分立器件，無論從技術(shù)還是從市場角度來看，都是大勢所趨。在眾多PLC技術(shù)中，離子交換工藝因折射率及模場分布與光纖匹配良好、傳輸損耗小、光損傷小、制作工藝簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，而成為研究的熱點(diǎn)。特別是用于制備光功分器，因FTTH的廣泛應(yīng)用而受到關(guān)注。本文的研究重點(diǎn)即為離子交換技術(shù)及光功分器。
　　 本文以離子交換光波導(dǎo)的特性及MMI型光功分器設(shè)計(jì)為研究對象，研究內(nèi)容主要包括漸變

2、型光波導(dǎo)折射率分布的求解、離子交換擴(kuò)散理論模型及工藝、混和鹽離子交換、基于離子交換光波導(dǎo)的多模干涉型光功分器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。具體內(nèi)容如下：針對反WKB在模式數(shù)小于3時無法求解折射率分布的應(yīng)用限制，總結(jié)了偏振態(tài)法、測試波長法和外部折射率法等三種改進(jìn)方法，并從常見函數(shù)折射率分布及實(shí)際應(yīng)用等方面進(jìn)行了數(shù)學(xué)驗(yàn)證。結(jié)果表明不僅可應(yīng)用于模式數(shù)小于3的漸變折射率光波導(dǎo)折射率分布求解問題，對模式數(shù)大于3的情況可進(jìn)一步提高擬合精度。介紹了離子交換的基本原理

3、及擴(kuò)散理論。提出了一種采用基于粒子群優(yōu)化的離子交換神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型來構(gòu)造工藝參數(shù)與光波導(dǎo)特征參數(shù)之間關(guān)系的新方法，有效解決了常規(guī)擴(kuò)散理論中因擴(kuò)散系數(shù)難于精確確定而使得分析結(jié)果強(qiáng)烈受其影響的弊端。該模型具有計(jì)算簡單、便捷，可靠性高，精度高，速度快等特點(diǎn)。針對常用交換離子源Ag+和K+具有的優(yōu)缺點(diǎn)，提出采用AgNO3和KNO3的混和鹽作為交換離子源，這樣可既具有Ag+(大的折射率變化)和K+(小的傳輸損耗)的優(yōu)勢，又可克服它們的缺點(diǎn)(高傳輸損耗

4、和低交換速度)，還可降低熔鹽的熔點(diǎn)。總結(jié)了離子交換光波導(dǎo)的制備工藝流程，對實(shí)驗(yàn)樣品分別進(jìn)行了成分及折射率分布測試，重點(diǎn)分析了樣品的均勻性、雙折射性、純K+及AgNO3:KNO3 混和鹽離子交換特性、交換時間、折射率分布形態(tài)以及不同基底玻璃性能對比等多個方面的特點(diǎn)，給出了工藝參數(shù)選擇的推薦條件。介紹了多模干涉的基本原理，分別用導(dǎo)模傳輸法和光束傳播法進(jìn)行了分析。針對波導(dǎo)設(shè)計(jì)中的多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化，提出了基于遺傳算法的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，并將優(yōu)化結(jié)果與