基于锥形聚合物波导的热感应长周期光栅模式转换器研究

• 作 者: 吴波
• 出 处: 电子科技大学
• 发表日期: 2019年12期
• 关键词: 模式转换器 锥形波导 长周期光栅 宽带特性 可重构性 热光聚合物

近年来,随着各种“互联网+”技术,如电子商务,电子政务,在线医疗等得到迅速发展与广泛应用,人们对于光通信系统的带宽需求不断增加。然而目前基于波分复用(WDM)技术的单模光纤通信系统的传输容量正逐渐接近其理论极限。为了突破了这一容量限制以更好地应对迅速增长的容量需求,基于少模光纤的模分复用技术应运而生。模分复用技术对每一个复用波长均引入多个模式作为独立信道,从而使得通信容量实现数倍增长(依赖于采用的模式数)。考虑到未来灵活的模分复用光通信系统应该如今天的波分复用系统一样具备路由与重构的功能,因此,作为模分复用系统中最重要的功能器件之一的模式转换器也应是宽带且可重构的。本论文即是针对这一应用需求,提出了一种基于锥形波导的热感应长周期光栅模式转换器。该转换器采用易于集成的平面光波导结构,并利用工艺制作简单、性价比高的聚合物光波导材料实现。所建议的模式转换器仅包括锥形聚合物波导和制作于其上的长周期光栅型电极加热器,结构简单,易于制作。其中,采用锥形波导可拓展器件的带宽,而采用电流加热感应的长周期光栅则可实现器件的重构功能。论文针对所建议的模式转换器的基本原理、参数设计、制作与测试展开研究,其主要工作如下:首先,介绍了当今光通信的发展现状,解释了模分复用技术以及模式转换器在模分复用系统中的重要作用,介绍了模式转换器的国内外的研究现状,探讨了宽带可重构的模式转换器的研究意义。其次,简介了本文所提出的基于锥形聚合物波导的热感应长周期光栅模式转换器在设计过程所涉及的理论知识,包括条形波导的分析方法,模式特征,以及长周期光栅的耦合模理论和聚合物材料的热光特性。随后,论文针对器件的结构参数进行了重点的设计研究,相关设计工作围绕器件带宽的拓展及可重构功能的实现展开,具体包括光波导、长周期光栅及电极等的结构参数设计。之后,再使用RSoft软件在各设计参数进行进一步模拟优化的基础上完成了器件设计。最后,论文针对器件的制作与测试进行了系统的研究。具体包括制作工艺流程设计、掩模版图案设计、器件的制作、测试分析及工艺优化等过程。最终所制作的模式转换器在整个C+L波段实现了大于90%(10 dB)的转换效率。对相关实验结果进行了分析讨论,提出了进一步的优化方案,在此基础上对研究工作进行了总结与展望。