基于微环谐振器光学滤波器设计

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1、江苏科技大学硕士学位论文大摘要论文题目基于微环谐振器的光学滤波器设计研究方向光波导理论学科、专业信号与信息处理研究生姓名张静导师姓名李锋填表时间2013年3月18日摘要摘要随着全球信息化时代的到来，为人们提供大容量、高速率的光通信网络是现代通信技术发展的必然趋势。由于集成光学器件具有小型化、模块化、可集成等特点，成为未来光通信器件发展的主流方向。微环谐振器具有功能多、尺寸小、良好的波长选择性等优点，已被广泛应用于光通信领域。本文首先介绍了微环谐振器的基本结构和发展现状，分析了微环谐振器的功能指标，总结了微环谐振器的几种常见结构。从微环的理论模型出发，依

2、据耦合模理论，运用传输矩阵法研究了微环的功率传输等特性。对波导间的耦合情况进行了分析，把环形波导和直波导间的耦合看成两弯曲波导间耦合的一种特例，分析了影响耦合效率的关键因素，并对耦合效率进行了模拟仿真。分析了基于FDTD和BPM的微环谐振器数值模拟方法和步骤，比较了FDTD与BPM对微环数值模拟的优劣，讨论了BPM的边界条件。根据前面分析的基础上，模拟了微环半径、波导间距、波导厚度、折射率差等结构参数对传输特性的影响，结果表明：微环半径变小，微环的弯曲损耗就会变大，品质因子变大，自由光谱范围变大；波导间距的增大使振幅耦合比率减小；相对微环半径，波导厚度

3、对微环的性能影响较小；芯层折射率和背景折射率之差越大，耦合到环腔里的光越少，腔内光功率越小。最后，采用FDTD对微环参数进行了优化，结果表明，优化后微环的谐振峰、自由光谱范围和带宽等性能有了明显的提高。关键词集成光学；光波导理论；光滤波器；微环谐振器I江苏科技大学工学硕士学位论文-IIAbstractAbstractWiththearrivaloftheglobalinformationera，communicationtechnologywithhugecapacity,highrateofnetworkistheinevitabletrendoft

4、hedevelopmentofcommunicationtechnology.Theintegratedopticaldevicehastheadvantagesofminiaturization,modularization,integrated,becomethefuturedevelopmenttrendofopticalcommunicationdevices.Micro-ringresonatorhastheadvantagesofmultiplefunctions,smallsize,goodwavelengthselectivity,ha

5、sbeenwidelyappliedinthefieldofopticalcommunication.Inthethesis,thedevelopmentsituationandthebasicstructureofthemicro-ringresonatorweresummarizedfirstly,andperformanceparametersaswellasseveralcommonstructuresofmicro-ringresonatorswereintroduced.Basedonmodecouplingtheory,thepowert

6、ransferfunctionofmicro-ringresonatorwasresearchedbyusingthetransfermatrixmethod,andthenthecouplingefficiencybetweentwowaveguideswasdiscussed.Thecouplingefficiencybetweenannularwaveguideanddirectwaveguidewasstudiedasaspecialcaseofcouplingbetweentwocurvedwaveguides;keyfactorswhich

7、influenceonthecouplingefficiencyweresimulated.Twosimulationmethodsformicro-ringresonator(FDTDandBPM)wereintroduced.ThesimulationstepsofthesemethodsaswellasboundaryconditionofBPMmethodwereanalyzed.AndthecomparisonoftheFDTDandBPMformicro-ringresonatorwasgivenhere.Accordingtothepre

8、viousanalysis,thestructureparameterswhichinflue