检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：陈佳润吉林大学

学位级别：硕士

随着5G时代的到来以及互联网的迅速发展,使得人们对高带宽、大容量的通信网络需求变得越来越迫切。光纤通信网络作为现代通信的骨干网络,一直担任着现代通信的重要角色,但是传统的单模光纤通信系统受到了非线性效应的限制,其容量逐渐趋... 详细信息

随着5G时代的到来以及互联网的迅速发展,使得人们对高带宽、大容量的通信网络需求变得越来越迫切。光纤通信网络作为现代通信的骨干网络,一直担任着现代通信的重要角色,但是传统的单模光纤通信系统受到了非线性效应的限制,其容量逐渐趋向香农极限,为了避免出现“带宽危机”,因此需要开发一种新的扩容方案。基于少模光纤的模分复用技术是目前最受认可的一种扩容技术,它以少模光纤作为传输介质,通过复用少模光纤中多个独立正交的空间模式来提升系统容量。模分复用系统最核心的器件就是模式复用/解复用器,通过它来实现基模与其他模式的相互转换,并将其复用到少模光纤中进行传输。因此对模式复用/解复用器的研究具有重要意义。本文针对光子灯笼型模式复用/解复用器,分别从理论、仿真和实验三个方面进行了详细研究,具体工作及创新如下:首先,研究了少模光纤的基础理论,推导了光纤模式和模式之间的正交关系,接着详细研究了光子灯笼型模式复用/解复用器的相关理论,从超模理论入手,依次分析了光子灯笼的传输原理、模式数量匹配原则、绝热拉锥原理和结构。其次,设计了三模式和六模式模选型光子灯笼的结构和参数,基于有限元法对设计的光子灯笼模型进行了仿真分析,结果表明设计的光子灯笼能够实现模式选择功能,证明了结构的正确性。然后,针对本文设计的光子灯笼的尾端套管内径和套管折射率这两个结构参数提出了一种优化方法,并基于有限元法和光束传播法进行了仿真分析和性能优化,结果表明将本文设计的三模式模选型光子灯笼尾端套管内径优化为25um,套管折射率优化为1.42左右后,各模式耦合效率均高于93%,模式选择性高于20d B,各模式间串扰低于-21d B;将本文设计的六模式模选型光子灯笼尾端套管内径优化为23um,套管折射率优化为1.40后,除模式LP02耦合效率为86.4%以外,各模式耦合效率均高于91%,各模式选择性高于21d B,各模式间串扰低于-23d B。最后,根据优化后的结构参数制作了三模式和六模式模选型光子灯笼实物,并对其进行了性能测试,测试结果表明制作的光子灯笼能够实现模式选择功能,但是整体损耗偏大。同时对比验证了光子灯笼尾端套管内径对其性能的影响,结果表明和仿真分析的变化规律基本相同。

关键词：光纤通信模分复用光子灯笼模式复用/解复用器

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基于多平面光转换的模式复用/解复用器的研究

基于多平面光转换的模式复用/解复用器的研究

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作者：宫喜宇长春理工大学

学位级别：硕士

随着信息网络的快速发展,对于高带宽、大容量的通信网络的需求越来越迫切。然而常规单模光纤的最大容量几乎已达到其物理极限,空分复用作为一个全新的维度,能够使信道的传输容量得到较大的提升。空分复用中的模分复用技术可通过少模光... 详细信息

随着信息网络的快速发展,对于高带宽、大容量的通信网络的需求越来越迫切。然而常规单模光纤的最大容量几乎已达到其物理极限,空分复用作为一个全新的维度,能够使信道的传输容量得到较大的提升。空分复用中的模分复用技术可通过少模光纤中的各个模式独立地传输信息,从而成倍地提高单根光纤的传输容量。模式复用/解复用器可实现模式转换和复用,是模分复用的关键器件。其中基于多平面光转换(MultiPlane Light Conversion,MPLC)的模式复用/解复用器具有重构性强,插入损耗低和串扰低等优点,并且可以同时实现上百个模式的转换和复用,降低了模分复用系统总体的复杂程度。面对大气湍流下的弥散光斑(多个横模组合),基于MPLC的模式解复用器可将多个横模组合进行分集接收,从而有效提高空间光到单模光纤的耦合效率以及抗大气湍流抖动能力。为此面向大气激光通信的应用,论文研究了基于MPLC的模式复用/解复用器的基本原理,设计仿真模型,并对基于MPLC的空间光到单模光纤的耦合性能进行理论推导、仿真分析以及实验研究。具体研究内容如下:1、论文整理了模式复用/解复用器的国内外研究现状,特别是基于MPLC的模式复用/解复用器的器件设计以及应用方面的国内外研究进展,总结了MPLC的设计和应用的发展趋势。2、研究了模式转换和复用的基本理论,包括空间光束传播理论、透镜的位相调制和傅里叶变换性质以及多平面光转换的基本原理;研究了高斯光束和厄米特-高斯光束的光场分布,以及基于MPLC的波前匹配算法的原理,并针对上述原理完成了算法设计以及代码编写。3、基于编写的算法建立了MPLC的三模式复用/解复用器的仿真模型,仿真研究了每个相位片上的相位掩码和通过相位片后的光场分布,同时分析了MPLC的插入损耗、模式相关损耗和串扰;然后仿真分析了波长、相位片数量和间距等因素对MPLC的性能影响,结果表明:随着增加相位片数量,光束转换更平滑,减少了能量的损失。4、建立了理想情况下空间光到光纤的耦合效率仿真模型,以单模光纤和三模光纤为例,分析了不同光斑尺寸对空间光到光纤耦合效率的影响;建立了基于功率谱反演法和Zernike多项式展开法的大气湍流仿真模型,利用随机相位屏模拟大气湍流。在耦合效率模型和大气湍流模型基础上仿真研究了基于MPLC模式解复用的大气湍流下空间光到单模光纤分集接收,MPLC空间模式分集转换的耦合性能均优于空间光到单模和三模光纤的直接耦合效率。5、设计了空间光调制器的光场调制实验,研究了空间光调制器对输入光场空间分布的调制特性;然后设计了基于MPLC三模式解复用的空间光到单模光纤的耦合性能实验,利用自制湍流片模拟大气湍流,实验研究了MPLC使用3个和5个相位掩码进行解复用的光斑轮廓和光功率抖动情况,以及解复用的光束的耦合效率。实验结果表明5个相位掩码的光斑轮廓较为完整,光功率抖动较小。最后设计了空间光直接到单模和三模光纤的耦合效率实验。相比于空间光直接到单模和三模光纤的耦合,基于MPLC三模式解复用的空间光到单模光纤的耦合效率分别提升31.52%和31.45%。基于MPLC模式解复用的空间光到单模光纤的耦合性能仿真分析和实验研究结果,为提高大气激光通信中空间光到光纤的耦合效率提供技术选择。

关键词：大气激光通信模分复用模式复用/解复用器多平面光转换单模光纤耦合效率

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基于多芯光纤的三模复用/解复用器的设计

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光学学报 2017年第3期37卷 155-162页

作者：涂佳静张欢李晗隆克平北京科技大学计算机与通信工程学院北京100083

根据模式耦合理论,设计了一种基于三芯光纤并支持LP_(01)、LP_(11a)、LP_(11b)三种空间模式传输的三模复用/解复用器。该三芯光纤由一个位于中央的三模纤芯和两个外部的单模纤芯构成。选择三模纤芯的结构参数,根据模式有效折射率匹配原... 详细信息

根据模式耦合理论,设计了一种基于三芯光纤并支持LP_(01)、LP_(11a)、LP_(11b)三种空间模式传输的三模复用/解复用器。该三芯光纤由一个位于中央的三模纤芯和两个外部的单模纤芯构成。选择三模纤芯的结构参数,根据模式有效折射率匹配原理分别设计两个外部单模纤芯的参数。通过仿真分析了LP_(11a)模与LP_(01)模、LP_(11b)模与LP_(01)模的功率转换过程,确定最优的光纤长度为5.2mm。在C+L波段中所设计的三模复用/解复用器能提供50nm的工作带宽,其模式转换效率达到90%。该基于三芯光纤的三模复用/解复用器具有结构简单、模式转换效率高、插入损耗小、带宽宽等优点。

关键词：光纤光学模式耦合模式复用/解复用器多芯光纤少模光纤

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模分复用系统中关键光子器件的研究

模分复用系统中关键光子器件的研究

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作者：高阳吉林大学

学位级别：博士

光纤通讯自问世以来一直以惊人的速度发展着。随着互联网流量需求的日益增加,基于单模光纤的通信系统传输能力将很快达到其理论极限。模分复用（Mode Division Multiplexing,MDM）技术可从一个新的维度提升通信系统数据容量,从而满足光... 详细信息

光纤通讯自问世以来一直以惊人的速度发展着。随着互联网流量需求的日益增加,基于单模光纤的通信系统传输能力将很快达到其理论极限。模分复用（Mode Division Multiplexing,MDM）技术可从一个新的维度提升通信系统数据容量,从而满足光互连系统对带宽呈指数增长的需求。MDM技术以少模光纤作为信息传输媒介,采用不同的空间模式作为独立的信号通道,可以显著扩展光互连和通信系统的容量。MDM系统的建立离不开一些基本的功能器件,如模式复用/解复用器、模式开关、模式转换器等。这些器件在MDM系统中扮演着不同的角色,互相协作,共同实现增加信道容量的功能。本文针对MDM系统中的提高模式信道容量与带宽、降低模式开关功耗、增强模式转换效率的功能需求,对MDM系统中的核心功能器件进行了一系列的理论设计和实验验证,主要工作包括以下几个方面:1.介绍了光纤通信的发展历史和目前面临的问题和挑战;明确了模分复用技术的研究背景和意义,说明了模分复用系统的结构和基本功能器件;介绍了用于实现模分复用系统的材料平台,其中主要介绍了硅基平台和聚合物平台;介绍了模分复用器件近年来国内外的最新研究进展。2.模式复用器/解复用器用于实现基模到高阶模的转换和复用以及高阶模到基模的转换和解复用,是MDM系统中最重要的组件之一。本论文理论设计了两种模式复用/解复用器。一种是基于级联非对称Y分支的硅基模式复用/解复用器,该结构可以通过增加级联Y分支个数,拓展其处理模式的数量。本文中以4模式和5模式复用/解复用器为例对该结构进行说明。器件的设计基于有效折射率匹配原则,结合束传播法对器件尺寸进行优化。理论计算器件性能为:4/5模式复用/解复用器的整体长度为23/150μm,工作带宽为165/200 nm,宽度制造容差约为±30/±65 nm。二是硅基TM模式复用/解复用器,用于实现TM00、TM01、TM10、TM11、TM20和TM21六种模式的复用/解复用功能。器件由级联的2臂非对称Y分支、沟槽型模式旋转器和3臂非对称Y分支组成,可通过增加级联的Y分支、模式转换器和Y分支臂数量,拓展器件模式信道容量。器件总长度仅124μm,在1550 nm工作波长下可以实现小于0.96 d B的插入损耗和小于-24 d B的串扰。3.模式开关通常用来实现不同模式间的切换或者模式在不同信道间的切换,对于提高MDM系统的灵活性有十分重要的意义。本论文提出了四种不同功能的热光模式开关。第一项工作是基于非对称马赫-曾德尔干涉仪结构的聚合物热光模式开关,该器件可通过控制电极工作状态,实现E00/E10模式至E10/E00模式的切换功能。所制备器件测试结果表明,在1550 nm工作波长下,模式开关的驱动功率约为15.4 m W,对应的消光比为10.5 d B,器件在不同波长下并没有表现出明显模场失真。对模式开关响应时间特性,测得模式开关的上升时间为71.5μs,下降时间为140.3μs。第二项工作是基于级联多模干涉仪（Multimode Interferometers,MMI）的聚合物波导模式选择开关,该器件可在E00和E10模式间实现选择和切换,与其他MDM系统单元器件级联,能够实现更复杂功能。本文将模式选择开关与非对称定向耦合结构模式复用器级联,对所制备模式开关的测试结果表明,在1550 nm工作波长下,三个输出端口的插损分别为17.2 d B、12.8 d B和16.7 d B,下、上端口输出的开关功耗分别为8.5 m W和20.8 m W。第三项工作是一种模式不敏感信道开关,用于实现E00、E10和E01三种模式的2×2可重构信道切换。整体器件由2个2×2 MMI及分支臂波导组成,该对称MZI结构总长度约为1.26 cm。计算结果表明,开关在实现E00、E10、E01三种模式的信道切换时所需开关功耗均为12 m W,对应消光比分别为41.6 d B、39.8 d B和35.6d B,且工作输出对模式不敏感。第四项工作是提出了一种基于MZI与非对称Y分支级联的宽带1×2模式信道开关,通过改变电极的工作状态,输入的E00或E10模式可转换为E00模式并在两个输出端口之间切换。在1550 nm波长下,输入E00模式时,实验测得开关功耗为10.3 m W,插入损耗为3.3 d B（电极不工作）/3.4d B（电极工作）,对应的串扰分别为-18.8 d B（电极不工作）/-16.1 d B（电极工作）,且该器件在1500 nm至1630 nm范围内的对波长变化不敏感。4.模式转换器用于在MDM系统中的接收端和发出端实现不同阶模式之间的转换,本论文中共提出了三种模式转换器。首先是理论设计并实验验证了一种E00-E10模式转换器。该器件具有超宽的工作带宽,理论计算结果显示该器件在1470 nm至169

关键词：光通信模分复用光波导器件模式复用/解复用器模式转换器模式开关

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应用于下一代数据中心的单片集成高速光发射芯片的研究

应用于下一代数据中心的单片集成高速光发射芯片的研究

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作者：郭菲中国科学院半导体研究所

学位级别：博士

随着高清视频、智能手机、数据中心、高性能计算机等业务的迅速发展和城市信息化的推进，运营商网络建设的重点已转向局域网和城域网。为满足人们对通信带宽、信息处理和传输速度等方面日益增长的需求，需要开发更高速的应用于数据中心... 详细信息

随着高清视频、智能手机、数据中心、高性能计算机等业务的迅速发展和城市信息化的推进，运营商网络建设的重点已转向局域网和城域网。为满足人们对通信带宽、信息处理和传输速度等方面日益增长的需求，需要开发更高速的应用于数据中心的以太网系统，如40Gb/s、100Gb/s等。本论文详细阐述了1.3μm高速单片集成光发射芯片的结构设计、工艺制备和测试分析。开展了包括单片集成芯片的多波长实现技术、有源/无源集成技术、有源/无源脊波导刻蚀工艺技术等在内的一系列工艺研究工作。研究了激光器的动态理论、基于光-光振荡效应的带宽扩展理论、模式转换和模式复用/解复用理论等相关的理论知识。积累了高速单片集成芯片和少模光发射芯片在器件制备工艺方面的经验，对高速以太网系统和少模光通信系统具有重要的研究意义和应用价值。主要的研究工作和创新内容如下：1. 采用Crosslight软件对1.3μm激光器的InGaAsP量子阱结构进行了详细的优化设计，制备的FP激光器3dB调制带宽可以达到13.3GHz，制备的1.3μm DFB激光器3dB调制带宽达到10GHz；2. 通过BPM法对以太网系统的合波器MMI进行了仿真优化设计，并对器件进行了制作和性能测试，制作的MMI具有较低的插入损耗和信道间较均匀的特性；3. 分别采用电子束曝光和选区外延生长(SAG)两种技术方案制备了1.3μm多波长DFB激光器阵列器件，并分析了这两种方案的优缺点，最终决定选择采用SAG技术方案。在SAG技术方案中，我们分别采用SAG选区量子阱和选区上波导层两种技术方案制作了1.3μm多波长DFB激光器阵列器件，并对测试结果进行了对比分析；4. 研制了应用于40G/100G以太网系统的单片集成光发射芯片，主要包括高速直调DFB激光器光发射芯片、高速直调PFL单片集成光发射芯片和高速直调AFL单片集成光发射芯片。高速直调DFB光发射芯片的所有信道3dB调制带宽均大于7GHz。高速直调PFL单片集成光发射芯片中除了Channel1之外，Channel2-4均可以实现带宽扩展，扩展后的3dB带宽大于17GHz。高速直调AFL单片集成发射芯片可以实现稳定的单模激射，所有信道的SMSR大于32dB，且各信道器件均可以实现带宽扩展，扩展后的3dB带宽分别为13.6GHz、15.8GHz、15.3GHz、15.7GHz；5. 通过欧盟的InP基通用代工平台JePPIX成功研制出1.55μm四信道高速直调DFB激光器光发射芯片，所有信道的3dB调制带宽均大于15GHz，并测试了芯片25Gbit/s和32Gbit/s的背靠背眼图，所有信道的25Gbit/s眼图均可以清晰地张开，消光比约4-5dB左右；6. 对少模光通信系统中的模式转换器和模式复用/解复用器件进行了研究。涉及到的器件主要有：50%、66%和100%转换效率的模式转换器，基于MMI-MMI结构的模式复用/解复用器件和基于Y-MMI结构的模式复用/解复用器件。其中，基于Y-MMI结构的模式复用/解复用器的整体腔长只有445.7μm，是目前国际报道的尺寸最小的InP基模式复用/解复用器结构。

关键词：高速直调DFB激光器无源反馈激光器多波长DFB激光器阵列高速单片集成光发射芯片模式复用/解复用器

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基于弱耦合少模光纤的模分复用技术进展(特邀)

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光通信研究 2018年第6期6期(14)卷 31-37页

作者：李巨浩葛大伟高宇洋贾骏驰于津怡何永琪陈章渊北京大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京100871

近年来模分复用技术被广泛认为是突破传统单模光纤通信系统和网络容量"瓶颈"的有效途径,其典型方案包括强耦合和弱耦合两种。在弱耦合模分复用方案中,模式串扰应尽量被抑制,使得各模式中的信号可独立传输和接收。文章首先对... 详细信息

近年来模分复用技术被广泛认为是突破传统单模光纤通信系统和网络容量"瓶颈"的有效途径,其典型方案包括强耦合和弱耦合两种。在弱耦合模分复用方案中,模式串扰应尽量被抑制,使得各模式中的信号可独立传输和接收。文章首先对强耦合和弱耦合模式技术原理进行了介绍,之后设计制作了一种弱耦合双环型纤芯结构少模光纤,设计制作了基于模式选择耦合器的模式复用/解复用器,在此基础上演示了6模式、10km弱耦合模分复用传输实验,仅采用强度调制和无数字信号处理的直接检测设计了一种简并模式解复用方案,并基于熔融拉锥工艺制作了该器件,最终首次实现了模分复用实时视频传输,这表明模分复用技术向实际应用迈进了重要一步。

关键词：空分复用模分复用少模光纤弱耦合简并模式模式复用/解复用器

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侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的研制

侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的研制

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作者：王燕电子科技大学

学位级别：硕士

定向耦合器与基于定向耦合器的集成光学器件广泛用于光纤通信系统中光信号传输与处理,是波分复用器、光矩阵开关、分插复用器、滤波器、功率混合／分配器、调制器等集成光学器件的基本组成单元。利用不同空间模式作为独立信道传输光信... 详细信息

定向耦合器与基于定向耦合器的集成光学器件广泛用于光纤通信系统中光信号传输与处理,是波分复用器、光矩阵开关、分插复用器、滤波器、功率混合／分配器、调制器等集成光学器件的基本组成单元。利用不同空间模式作为独立信道传输光信号的模分复用技术是近年为了提升光纤通信系统传输容量而提出的一门新技术。模式转换器与模式复用／解复用器是模分复用系统中不可或缺的核心器件。以定向耦合器作为基本单元的模式转换器与模式复用／解复用器,具有结构简单、制作成本低、制作材料多样等优点,对模分复用技术的研究具有重要意义。本文以模分复用技术为背景,以光栅辅助定向耦合器为基本结构,提出了一种侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器。该定向耦合器由一个单模波导与支持三个空间模式的少模波导组成；其目标是实现单模波导与少模波导基模之间的耦合,同时要求单模波导基模与少模波导的高阶模不发生耦合：侧壁长周期光栅位于少模波导内侧,用于补偿少模波导与单模波导基模之间的模式折射率差；该定向耦合器制作材料为聚合物,芯层与包层材料分别为EpoCore与EpoClad。论文对提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器进行了仿真工作,并进行了实物制作,从理论与实验两个角度证明了该方案的可行性。从模式复用技术的角度出发,本文提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器实现了模式复用／解复用器中基模信道的复用／解复用。论文的主要工作如下：(1)从耦合模理论出发,分析了对称定向耦合器、非对称定向耦合器、光栅辅助定向耦合器的基本工作原理。(2)对提出的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器进行了建模与仿真工作,确定了定向耦合器的各项设计参数,如单模波导与少模波导的宽度、厚度、两者之间的间距、光栅周期、光栅深度、耦合长度等。(3)在实验中通过旋涂、光刻、显影、固化等工艺步骤,成功制作了符合设计参数要求的侧壁长周期光栅辅助定向耦合器实验室原型器件。(4)所制作的侧壁长周期光栅辅助聚合物波导定向耦合器的测试与分析,测试了器件的红外近场光斑,测量了所制作的定向耦合器的光谱特性及其热调谐特性,测量了单模波导与少模波导基模的传输损耗,以及侧壁长周期光栅对少模波导基模引起的额外损耗,最后对器件的性能进行了分析讨论。

关键词：定向耦合器长周期光栅模式复用/解复用器聚合物

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聚合物波导三维集成光模式转换器研究

聚合物波导三维集成光模式转换器研究

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作者：何国冰吉林大学

学位级别：硕士

光通讯网络是支撑现代信息社会发展的重要核心系统。互联网的飞速发展使数据通讯量呈指数增长,但受限于单模光纤的单波长传输容量限制,传统光通信系统中基于波分复用技术的带宽拓展已经很难满足流量的飞速增长,需开发与利用不同的光维... 详细信息

光通讯网络是支撑现代信息社会发展的重要核心系统。互联网的飞速发展使数据通讯量呈指数增长,但受限于单模光纤的单波长传输容量限制,传统光通信系统中基于波分复用技术的带宽拓展已经很难满足流量的飞速增长,需开发与利用不同的光维度来提升光纤的传输能力。近年来,模式分离与复用技术（Mode Division Multiplexing,MDM）以其独特的优势和发展潜力,获得广泛关注。MDM是一种通过有效利用光纤中不同模式,增强网络传输容量的新方法。与波分复用类似,它通过光模式的拓展来提升传输容量,该技术可以与多芯光纤结合,使光主干网络同时容纳并传输利用多种模式,以有效增加信道的容量。本文对MDM系统中的核心器件-光开关、模式转换器及复用/解复用器进行了理论设计与实验制备,完成了相关器件的理论分析与设计,并利用紫外光刻和等离子刻蚀等标准工艺完成了器件制作,并对其进行了表征与测试。论文主要包括以下几部分:1.设计并制备了带有空气隔离槽结构的低功耗无偏置1×4热光开关,实现模分复用系统中不同模式复用通断控制。采用光束传播法设计了器件结构,通过控制不同电极的工作状态,使光信号分别被路由到4个输出端口。该器件将二氧化硅作为衬底以提高其响应速度,通过刻蚀出空气隔离槽及采用聚合物波导降低器件的功耗。采用有限元法计算对比了二氧化硅和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）做衬底、有空气槽和无空气槽情况下开关的性能。对所制备开关器件的测试和表征结果显示,波导通光状况良好,开关响应的上升与下降时间分别为160和80μs,消光比20 dB,开关功耗6 mW。2.设计了一种采用X节垂直耦合结构的模式转换器,以及基于X节垂直耦合结构的模式复用/解复用器。三维垂直结构模式转换器的上、下两芯层折射率相同,通过改变波导几何尺寸和夹角,可实现从LP01到LP11a、LP11b、LP21a模式的转换。基于该模式转换器所设计的模式复用器件可实现LP01、LP11a以及LP21a模式的复用与解复用。论文还对器件的工艺容差,带宽,以及容量拓展方法进行了分析与讨论。3.设计了一种低功耗的光模式转换开关阵列,详细分析了光场和电极通断与模式输出的关系。通过控制不同电极的工作状态,可以实现LP01、LP11a、LP11b、LP21a四种模式的15种不同组合与通断,最大模式组合驱动功耗仅需18 m W。该器件可以与光纤或波导结合,从而构建完整的模分复用系统。

关键词：聚合物热光开关模式转换器模式复用/解复用器光开关阵列

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基于光子灯笼的模分复用系统实验研究

基于光子灯笼的模分复用系统实验研究

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作者：陈嘉轲吉林大学

学位级别：硕士

随着通信行业向5 G时代高速发展的步伐,VR、在线直播、云手机、网络云盘等新型数据服务业务层出不穷,人们对网络带宽的需求只增不减。目前,常用的光网络扩容技术主要包括波分复用、偏振复用、码分复用以及正交频分复用以及高阶调制技术... 详细信息

随着通信行业向5 G时代高速发展的步伐,VR、在线直播、云手机、网络云盘等新型数据服务业务层出不穷,人们对网络带宽的需求只增不减。目前,常用的光网络扩容技术主要包括波分复用、偏振复用、码分复用以及正交频分复用以及高阶调制技术等,但这些技术均是以单模光纤为传输介质。而受单模光纤的非线性效应影响,光通信系统的容量愈来愈接近理论极限。在这样的背景下,基于空间维度的空分复用技术迅速成为了研究的热点,尤其是基于少模光纤的模分复用技术,利用多个独立正交的模式或模式群作为理想信道来实现复用传输,被认为是最具可行性的光扩容技术。本文对模分复用传输技术进行了深入的研究,并搭建了基于模式选择性光子灯笼的3×3与6×6模分复用实验传输系统,分别在强度调制-直接探测和相位调制-相干探测两种通信模式下对实验系统的通信性能进行了实验研究。本文的主要工作如下:首先,对模式传输的基本理论进行了介绍和分析。利用波动方程组,对线性偏振模的产生、模式的正交传输特性等方面进行了推导,为模分复用系统实现复用传输提供了理论支撑。然后分析了模式传输过程中的损伤因素,重点对模式耦合引起的模式串扰进行了研究。其次,对多种模式复用器/解复用器,尤其是对光子灯笼型模式复用器的结构、工作原理以及性能特点进行了分析。实验测试光子灯笼的工作性能,测得器件的模态图,并给出了光子灯笼的插入损耗值以及光子灯笼间的模式串扰量等参数,为模分复用系统的搭建提供了基础。然后,将模式选择性光子灯笼作为模式复用器,搭建了基于强度调制的模分复用实验系统。在传输速率为5Gb/s的条件下,分别实现了3×3与6×6模分复用系统不同传输距离下的模分复用传输实验。实验测试了接收信号的波形、眼图和误码特性。实验结果表示,当接收功率分别高于-19.4dBm、-18.5dBm、-18.8dBm、-18.2dBm、-17.9dBm、-16.8dBm时,六路信号的误码率均低于10-3。接着,通过IQ调制器与相干接收机,搭建了基于QPSK调制格式的模分复用实验系统。实验分别测量了3×3与6×6模分复用系统在5Gb/s和10Gb/s传输速率下的信号波形。通过对采集到的信号进行离线处理,得到了各路信号的星座图与误码特性曲线,并在此基础上对系统的通信性能进行了分析。以6×6模分复用系统为例,当LP01、LP11a、LP11b、LP21a、LP21b以及LP02模信道的接收功率均大于-15.5dBm时,该系统能实现6×10Gb/s QPSK信号在10km少模光纤上的良好传输。最后,对全文的主要工作进行了总结,分析了模式选择性光子灯笼作为模式复用器使用的可行性,对实验系统的通信性能进行了评价,并对模分复用系统的性能优化、更高速率的实现等方面进行了展望。

关键词：光纤通信模分复用模式复用/解复用器光子灯笼

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基于聚合物光波导垂直耦合器的模式转换与复用研究

基于聚合物光波导垂直耦合器的模式转换与复用研究

引用

作者：魏福坤电子科技大学

学位级别：硕士

人们不断开拓新技术来提升单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)传输容量,包括密集波分复用、偏振复用以及高阶调制等。然而,随着计算机技术的快速兴起,人们对信息需求量呈现出爆炸式增长。与此同时,单模光纤的传输极限估计在100 Tbps左右... 详细信息

人们不断开拓新技术来提升单模光纤(Single Mode Fiber,SMF)传输容量,包括密集波分复用、偏振复用以及高阶调制等。然而,随着计算机技术的快速兴起,人们对信息需求量呈现出爆炸式增长。与此同时,单模光纤的传输极限估计在100 Tbps左右。不久的将来,单模光纤满足不了这种信息量增长的需求,因此不得不寻求新技术来进一步提升光传输网络的传输容量。模分复用(Mode Division Multiplexing, MDM)技术便是解决该问题的方案之一。模式复用/解复用器和模式转换器是MDM系统的关键器件。就当前研究而言,模式的转换与复用可以基于光子灯笼、Y分支、长周期光栅以及定向耦合器等波导结构实现。相比较于平面定向耦合器受限于两波导等高的约束,垂直定向耦合器的设计更加灵活。论文基于垂直定向耦合器设计了 LP01-LP21a、LP01-LP21b以及LPo1-LP02模式转换器。由于聚合物材料具有易加工的优点,因此选择EpoCore和EpoClad分别作为芯层和包层制作器件。论文核心内容如下。首先,论文研究了 LP01-LP21a模式转换。运用耦合模理论设计了 LP01-LP21a模式转换器,并运用微加工工艺制作了器件。制作所得的典型LP01-LP21a模式转换器偏振弱相关。TE(TM)偏振在1530 nm波长处达到最佳转换效率达98.2%(94.9%),在C波段随着波长向长波场移动转换效率逐渐下降,在1560 nm波长处降至90.1%(88.8%)。该器件的理论设计参数与实际制作所得器件参数基本上是一致的。其次,论文研究了 LP01-LP02以及LP01-LP21b模式转换。区别于LP01-LP21a模式转换器的设计,由于LP21b和LP02的简并性,不能通过模式间直接耦合的方式实现LP01-LP02以及LP01-LP21b模式转换。论文通过先把LP01耦合到E13,然后通过锥形波导过渡,把E13演变为LP21b或LP02。制作所得的LP01-LP02模式转换器件由于多层结构的应力作用,导致器件偏振相关。TE偏振光实现LP01-LP21b模式转换,TM偏振光实现LP01-LP02模式转换。TE (TM)偏振在1530 nm波长处达到最佳转换效率达98.0% (97.7%),随着波长向长波长移动转换效率急剧下降,在1560 nm波长处降至65.5% (55.5%)。制作所得的LP01-LP21b模式转换器,由于制作所得器件两波导截面尺寸与设计差别较大,模式的相位匹配程度不高,从而导致换效率非常低。

关键词：光波导聚合物模式复用/解复用器垂直定向耦合器模式转换器

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