楔形单模光纤与半导体MQW-PLC器件连接耦合技术的研究

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1、东南大学硕士学位论文摘要摘要半导体多量子阱平面光波光路器件(MQW-PLCs)和单模光纤的耦合是MQW-PLCs研制过程中的关键技术之一。影响其有效耦合的主要因素是模场失配。楔形单模光纤Oars．SMF)是解决单模光纤与MQW-PLCs出射的椭圆光场失配问题的一种有效手段。本文首先推导并建立了分析二维渐变光纤的二维阶梯串联方法(2D-SCM)，获得了各区域模场分布和传播特性。在此基础上，建立了基于等效矩形波导的三维有效折射率阶梯串联法(ElM．SCM)模型，获得三维WS．SMF不同横截面出场分布和光波传输图景，从而得到比用BPM数值分析的结果更加精细和准确

2、的WS．SMF出射场。接着，提出使用WS．SMF可以实现与带有2D．T-SSC的波导芯片的高效耦合，为MQW-PLC各类器件提供了可行的2D．模斑转换单元；建立了WS．SMF和半导体MQW光波导芯片耦合的射线理论分析和数值分析模型，优化了WS．SMF的结构参数；讨论了WS．SMF纵向．水平和垂直失配容差与耦合损耗的关系。最后．建立了WS—SMF测试系统，实验测出WS．SMF的工作距离和出射光斑尺寸，与理论和数值分析结果一致，从而证实所建立分析模型的正确性；建立了MQW-PLC器件裸片与WS—SMF精确耦合装置和光学特性测试系统，对2×2光栅型MQW滤波器进

3、行了实验研究，获得其电吸收和滤波效应，达到预期结果。关键词：多量子阱(MQw)：平面光波光路器件(PLCs)；连接耦合；楔形单模光纤(ws·SMF)阶梯串联方法(SCM)，束传播法(BPM)，二维模斑转换器(2D—T-SSC)东南大学硕士学位论文AbstractABsTRACTThecouplingbetweensinglemodeopticalfiber(SMOF)andplanarlightwavecircuits(PLCs)isoneofcriticaltechniquesduringtheperiodoftheresearchanddevelopm

4、entforPLCs．OnemainfactorthatcanaffectcouplinglossismodemismatchbetweenPLCsandSMOF．Wedge-shapedSMFcarlsolvethisproblem．Inthispapegfirstly,basedontwodimensionaltaperedfiberstructure，twodimensionalstaircaseconcatenationmethodisdeduted．Thenbyusingequivalentrectangularribwavegnideandeq

5、uivalentindexmethod，threedimensionalstaircaseconcatenationmethodhavebeenobtained．TheresultsofEIM-SCMaremoreaccuratethanthoseofBPM．Subsequently,the2DtaperedSSCforconnectingWS-SMFtoMQW-PLCsbasedonInP／InGaAsPhavebeeninvestigatedintensivelybyusingradialtheoryandBPM．Weanalyzeandsimulat

6、eLight-wavetransmittingintheseaswellassomeparametersthatcouldinducetheinsertionloss，suchaswedgeangle，cylindricalradius，aspectratios，andworkingdistanceforconnectingWS—SMFtoMQW-PLCs．Optimaldesignon2D-T-SSCandWS-SMFareacquired，respectively．TheinsertionlossveFsustheverticalandhorizont

7、almisalignmentsarenumericallysimulatedforcouplingbetween2D—T-SSCandWS-SMF．Andalso，thealignmenttoleranceoftransverseoffsetisanalyzedanddisscussedindetail．AsaresulLbyusingSSC．theinsertionlossisclearlyreducedandthetolerancesforboththelateral(includingbo出verticalandhorizontal)arelarge

8、r．Finally,theWS—SMFsdesignedhaveb