基于平面光波导的无源光器件设计.pdf

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1、基于平面光波导的无源光器件设计专业：电磁场与微波技术硕士生：张淼导师：吴龟灵上海交通大学电子信息与电气工程学院2012年12月万方数据M.D.DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityDESIGNOFPLANARLIGHTWAVECIRCUITSBASEDPASSIVEOPTICALDEVICESAuthor:ZhangMiaoAdvisor:WuGuilingSpecialty:ElectromagneticFieldsandMicrowaveTechnologySchoolofEle

2、ctronic,InformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityDecember,2012万方数据万方数据万方数据摘要基于平面光波导的无源光器件设计摘要随着信息时代的到来，全球通信对带宽的需求呈指数态增长，平均年增长率高达35%。骨干网中的同轴电缆逐渐由光纤取代，有“最后一公里”之称的光接入网则成为通信系统的瓶颈所在。光接入网的主要功能包括光路连接、光信号功率分配、光器件之间的耦合控制等。通过使用高性能无源光器件，可拓宽接入网带宽，提高通信网络整体效率。1×N功率分配器

3、是最基本和最重要的无源光器件之一，它不仅是光接入网不可或缺的组成部分，也是许多更复杂光器件的构成部件。基于平面光波导材料的功率分配器具有体积小、重量轻、集成度高，机械性能以及环境稳定性好等优点，因此应用较广泛。传统1×N功分器多由1×2功分器通过S形波导级联构成，虽能满足PON网络的带宽要求，但器件尺寸和插入损耗均较大。本文设计了一种新的级联型1×N光功率分配器，在4至64分路数范围内，器件尺寸可减小24.80%~53.72%；在1260nm~1610nm波段内，插入损耗可降低0.3~0.4dB。本文设计的1×N功分器使用弧形波导取代S形波导

4、衔接相邻1×2功分器单元，降低了由衔接波导造成的长度增长和损耗增加。此外，本第I页万方数据摘要文又提出了一种建立在方向搜索、遗传算法和进化规划三种方法基础上的改进型智能优化算法，通过调节每段弧形波导的弧度，使得功分器总长度达到全局最小，从而进一步减小了器件尺寸。最后，本文设计了一款适用于波分复用网络的全光幅相均衡器。该均衡器由可调光衰减器（VOA）阵列和可调延迟线（TDL）阵列级联组成，可实现不同频道的功率均衡和0~100ps范围内的时间同步。关键词：集成光器件、功率分配器、可调光衰减器、可调延迟线第II页万方数据DESIGNOFPLANAR

5、LIGHTWAVECIRCUITSBASEDPASSIVEOPTICALDEVICESABSTRACTWiththeadventoftheinformationage,thebandwidthdemandofglobalcommunicationexhibitsanexponentialgrowthtrend,withanaveragerateof35%annually.Inbackbonenetwork,opticalfiberstookplaceofcoaxialcables,leavingtheso-called“last-mile”o

6、pticalaccessnetworkthebottleneckoftelecommunicationsystem.Majorfunctionsoftheopticalaccessnetworkincludesestablishingconnectionsbetweenopticalnetworkandelectricalendcircuit,powerdistributionofopticalsignals,couplingcontrolofvariousopticaldevices,multiplexinganddemultiplexin

7、gofopticalsignals.Viausinghighlyefficentpassiveopticaldevices,bandwidthoftheaccessnetworkcanbebroadened,thusimprovingtheoverallperformanceofthecommunicationnetwork.1×Npowersplitterisoneofthemostbasicandthemostimportantpassiveopticaldevices.It’snotonlyanintegratepartoftheopt

8、icalaccessnetwork,butalsoanindispensablecomponentofmanycomplexopticaldevices.Power