相干光通信系统中新型硅基偏振控制器件的研究.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TN252密级：公开UDC：535学号：15204相干光通信系统中新型硅基偏振控制器件的研究研究生姓名：王镇导师姓名：孙小菡王瑾申请学位类别硕士学位授予单位东南大学一级学科名称电子科学与工程论文答辩日期2018年06月03日二级学科名称物理电子学学位授予日期2018年06月03日答辩委员会主席评阅人2018年月日硕士学位论文相干光通信系统中新型硅基偏振控制器件的研究专业名称：物理电子学研究生姓名：王镇导师姓名：孙小菡王瑾NOVELPOLARIZATIONCONTOLLERBASEDONSI

2、LICONONINSULATERINOPTICALCOHERENTCOMMUNICATIONSYSTEMAThesisSubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYWangZhenSupervisedbyProf.SunXiao-hanProf.WangJinSchoolofElectronicandElectricalEngineeringSoutheastUniversityJune,3,2018东南大学学位论文独

3、创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所（含万方数据）、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以

4、采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要在多维混合复用技术的发展中，偏振复用技术可以通过增加光通信的通道数量来提高整体通信速率，从而在近年来吸引了大量关注。偏振控制器件是偏振复用技术的关键器件。当前，已有的偏振控制器件的研究中，以硅基光电子器件为主。但由于硅基

5、器件的尺寸都较大，不利于提高芯片的集成度。等离子极化激元波导因其可以显著减小器件尺寸而备受关注，本文预期研究基于等离子极化激元波导的新型偏振控制器件与相干接收机。论文首先介绍了偏振复用通信系统和相干光通信系统的基本原理、关键器件及应用，接着介绍了光波导理论、等离子极化激元波导理论和本征模展开算法，其中重点讨论了等离子极化激元波导的结构和模式特性，据此讨论减小光学器件尺寸、提高芯片集成度的可行性。在具体研究中，介绍了实现偏振转换器的两种工作原理及其结构，并提出了一款基于等离子极化激元波导、含有对称金属条的偏振转换器。该

6、器件由Si波导，SiO2基底和包层和两条关于光轴对称放置的金属条组成。利用两个正交模式的模式特性，可以实现小尺寸的偏振转换器。仿真表明波长为1.55μm时该器件尺寸仅为4.58μm，偏振旋转效率为99.9%，插入损耗为0.82dB，消光比为30.4dB。对于C波段，PCE大于99.6%，插入损耗低于1dB，消光比大于24dB。随后，介绍了基于多模干涉器的光学混频器的工作机理及结构，利用多模干涉器（MMI）的自映像效应设计了基于硅基波导的1×1MMI、2×2MMI和4×4MMI光学混频器和相干光接收机。进一步，论文提出

7、了一种基于混合等离子极化激元的4×4MMI光学混频器。首次分析了混合等离子极化激元高阶模传输特性对一般性干涉成像及相位特性的影响，并通过优化设计获得符合工业标准的90°混频器。该器件工作在1550nm波长时，最大相位误差小于1.3°，最大不均匀度小于0.6dB，CMRR小于−20dB。关键词：相干通信，偏振控制，多模干涉器，相干接收机，等离子极化激元IAbstractAbstractInthedevelopmentofmulti-dimensionalhybridmultiplexingtechnologyandsi

8、licon-basedphotonicdevices,polarizationmultiplexingtechnologycouldincreasethenumberofcommunicationchannels,thusincreasingthecommunicationrateandhasattractedmuchattention.Pol