马赫-曾德尔干涉仪的设马赫-曾德尔干涉仪的设计aspanclass=

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1、马赫•曾德尔干涉仪的设计一、实验目的:1.掌握MZI的干涉原理2.掌握MZI干涉仪的基本结构和仿真方法二、实验原理：MZI干涉原理基于两个相干单色光经过不同的光程传输后的干涉理论。MZI主要由前后两个3dB定向耦合器和一个可变移相器组成。最终使不同的两个波长分别沿两个不同的端口输出。其结构示意图如下所示：图1MZ1干涉原理简图马赫一曾德干涉结构可用做光调制器，也可用做光滤波器。1、马赫一曾德干涉仪的分光原理：设两耦合器的相位因子分别为久輕，当干涉仪一输入端注入强度为A）（以电场强度表示为仇）光波时，可以推出两个输出端的光场强度/』（以电场强度分别表示为坨迅）分别为：I=E[=

2、E22}}

3、0

4、[COS(^+02)+sin(20jsin(2°2)sin2(0L/2)212=

5、^2

6、[sin"%_°2)+sin(2%)sin(202)cos2(0L/2)式中，卩为传输常数；厶-乙为干涉仪两臂的长度差，它在干涉仪两臂之间引入的相位差：pL=27rvnLIC=27rv/FQ（〃为光的频率；n为光纤纤心的折射率：C为真空屮的光速；F=C/nAL为马赫一曾德干涉仪的自由程。当构成干涉仪的两耦合器均为标准的3dB耦合器（即分光比为1:1）时，两耦合器的相位因子为45°,可以得到干涉仪输出端的强度传输系数分別如下：[l-cos(2^p/F)]T,=/1=1^L=1[1+COS(2^/F

7、)1zo

8、Fo

9、22L丿」图2给出了强度传输系数随输入光频率的变化曲线:图2马赫一曾徳干涉仪强度传输系数随频率变化曲线从图2可以看出，两个输出端的强度传输系数正好是反相的，也就是说，当在干涉仪的一个输入端注入单一频率的光波时，调节干涉仪使一个输出端输出光强度达到最大时，则另一输出端输出光强度将达到最小。另外，根据图2,还可以得到一个重要的结论：当在干涉仪一个输入端同时注入两个频率分别为的光波时，如果二者的频差△xq-q与干涉仪自由程F满足关系式△u=(K+l/2)F(K=0,l,2,…)，则可以实现两个频率不同的光波分别在不同的输出端输出，即实现不同频率光波的分离。2、马赫一曾德干涉仪的滤

10、波原理马赫一曾德滤波器结构如图3所示：图3马赫一曾德干涉仪滤波器原理图输入光功率厶经第一个3dB耦合器等分为厶和7%两部分，他们分别在长度为厶和厶的光波导中传输后，经过第二个30B耦合器合在一起。设输入光功率E-E,•E：，贝I」输入光的电场强度可以表示为:E.=Adj其中乙表示光的偏振方向上的单位矢量。经过第一个3dB耦合器将输入光分成两束，每束光功率可表示为:假设经过厶和厶的传输后，两束光的偏振方向保持不变，则他们的电场强度分别为:Ex=名严宀"1；场=式屮V为波导屮光的传播速度。经过第2个耦合器后，总电场强度为:AE=E}+E2=[严W)+严一/)]A/2输出光功率:2A22Poc£

11、.£*=^-[1+COS秋厶一°）]=Acos[-（£,-厶）]2vv三、实验内容：利用OptiBPM6.0设计已和MZI干涉仪，并分析仿真结果。四、实验方法：1、创建材料库：Materials—Diffused:Crystalname:Lithium_NiobateCrystalcut:ZPropagationdirection:YMaterials—Dielectricl:Name:airRefiactiveindex:1.0Profiles—Diffusion-Ti:LiNbo3Name:TiLiNbO3GroupI—lateraldiffusionlength:3.5GroupI—

12、Diffusionlengthindepth4.22、晶体参数：WaveguideProperties参数：Width:8.0Profile:TiLiNbO3WaferDimensions参数：Length:33000Width:1002DWaferProperties参数：Material:LithiumNiobate3DWaferProperties参数：Cladding——Material:airCladding一Thickness:2Substrate一Material:LithiumNiobateSubstrate一Thickness:103、添加波导和输入平面:所需波导参数如下

13、：StartoffsetEndoffset波导名称WidthHorizontalVerticalHorizontalVerticalSbcndSinl0-205750-7.25默认Linear15750-7.259000-7.25默认SbendSin29000-7.2511500-16默认Linear211500-1621500-16默认SbendSin321500-1624000-7.25默认Lincar324000-