检索结果-南通市图书馆

作者：谭建宗兰州大学

学位级别：硕士

近年来,模分复用(MDM)技术已经逐渐成为硅基光子学的一个热门研究方向,利用模式复用器在总线波导中引入高阶模式可以极大地提升片上通信容量。模分复用技术只需改变片上波导的宽度,就可以将通道扩展到更高阶模式,并且可以很好地与波分复... 详细信息

近年来,模分复用(MDM)技术已经逐渐成为硅基光子学的一个热门研究方向,利用模式复用器在总线波导中引入高阶模式可以极大地提升片上通信容量。模分复用技术只需改变片上波导的宽度,就可以将通道扩展到更高阶模式,并且可以很好地与波分复用(WDM)相结合,这一优势使得片上模式处理器件结构具有优良的可扩展性和灵活性。各种功能的模式处理器件如模式复用器、模式开关、模式转换器、多模波导弯曲和多模波导交叉已被广泛研究。其中,微环谐振器和模式复用器是片上波长模式混合复用的关键元件。在波长模式混合复用网络中,引入高阶模式常用的解决方案是引入级联非对称定向耦合器,并利用微环谐振器(MRR)的波长选择性实现与波分复用的结合。传统模式和波长互连网络一般使用单模MRR与非对称定向耦合器耦合来实现波长和模式载波的接入。在这样的网络结构中,级联的非对称定向耦合器通过绝热锥相互连接,在访问低阶模式之前必须先从总线波导中剥离高阶模式,因此在直接访问总线波导中的低阶模式时将会面临一定挑战。对于构建多波长、多模式的片上网络,该方案将引入大量冗余结构并随之带来额外的损耗。因此,通过简单有效的方案任意访问总线波导中的模式和波长载波至关重要。本文首先提出一种使用多模MRR与多模波导相结合的模式复用器,通过采用全新的模式匹配方案设计相同宽度的总线波导,避免了绝热锥的引入,极大简化了波长模式混合网络的复杂性。通过控制每一个MRR的谐振状态,可以实现任意访问多模总线波导中的模式和波长载波。设计并制作了可以访问总线波导中前三阶模式(TE、TE和TE)中任意波长的模式复用器,器件消光比均大于21.0dB。模式串扰和波长串扰分别小于-12.8 dB和-19.0 dB,器件性能优异,结构新颖,可拓展性良好。另外,基于新型的模式复用结构提出应用于片上光互连网络的四端口多模光路由器,该路由器由四个多模微环谐振器组成。可以将任意一个波长和模式载波从对应的输入、输出端口进行路由。相比于传统引入MDM的路由网络,避免了“多模波导→解复用→多个单模波导互连→复用→多模波导”的复杂方案,完全采用多模波导构建路由网络,通过仿真模拟的方法对器件的分立结构进行研究。利用改进的欧拉曲线构建适用于多模路由网络的交叉波导型微环谐振器,采用逆向设计的方法对器件的多模波导交叉进行优化,均取得良好的仿真结果。

关键词：硅基光子学模分复用技术波分复用技术模式复用器微环谐振器

基于少模光纤的全光纤熔融型模式复用器结构设计与特性研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于少模光纤的全光纤熔融型模式复用器结构设计与特性研究

作者：王招财北京邮电大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,以互联网+为理念的全新经济模式时时刻刻的影响着当今人们的生活方式。随着智慧城市、移动互联网、物联网和5G商用时代的来临,互联网流量几乎以每两年翻一番的速度增长。但是当前基于单模光纤（SMF）的通信系统的传输容... 详细信息

随着科技的进步,以互联网+为理念的全新经济模式时时刻刻的影响着当今人们的生活方式。随着智慧城市、移动互联网、物联网和5G商用时代的来临,互联网流量几乎以每两年翻一番的速度增长。但是当前基于单模光纤（SMF）的通信系统的传输容量已接近饱和,无法满足人们日益增长的流量需求。在光场的维度中除了时间,频率,复振幅和偏振以外,空间维度是另一种可以提供复用和提高频谱效率的物理属性。因此,利用空间维度的空分复用（SDM）技术引起了相当大的关注。模分复用（MDM）是SDM中最具应用前景的方案之一,它通过复用少模光纤（FMF）或轨道角动量（OAM）光纤模式来提高通信容量。除了对多模光纤的研究之外,实现MDM的关键挑战之一是模式转换和复用器件的开发。在众多的模分复用技术方案中,全光纤型模式转换和复用器件因其插入损耗小、集成度高等特点在建立全光纤SDM系统中具有天然的优势。为了避免在SDM系统接收端使用多输入多输出（MIMO）的数字信号处理（DSP）技术对模式进行解调,设计一种无串扰的模式转换和复用器件是必不可少的。因而为了实现MIMO-less的SDM系统,设计一种性能优越的模式转换和复用器具有很高的研究价值。本文对适用于MIMO-less的SDM系统的新型少模光纤及模式转换和复用器件进行了研究,设计出了一种能在1530nm-1625nm波长范围内（C+L波段）支持7种模式同时复用传输的模式选择耦合器和复用器,并对其性能进行了详细的分析。主要研究内容如下:（1）提出了基于椭圆环形芯（ERCF）结构少模光纤的模式选择耦合器（MSC）和模式复用器,对ERCF进行了优化设计。该光纤能够在C+L波段传输7种线偏振（LP）模式,且满足临近简并模式的有效折射率差均大于1×10-4。最后对ERCF的性能进行了深入分析。（2）研究了 MSC的结构参数（孔间距和旋转角）变化对耦合器性能（耦合效率和耦合长度）的影响。深入探讨了单模光纤中基模偏振态变化对各模式耦合效率的影响。通过对耦合器结构参数的折衷选择,设计出一种具有高模式纯度和模式耦合效率的模式选择耦合器。（3）通过将MSC进行级联,设计出一种能同时复用7种模式的模式复用器。给出了模式复用器的具体结构参数和制造方案。对C+L波段下,模式复用器各模式的耦合效率和消光比进行了仿真,实现在C波段7种LP模式耦合效率均高于64%,消光比均高于15dB。

关键词：少模光纤模式选择耦合器模式复用器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于PLC平台的模分复用系统关键器件研究

基于PLC平台的模分复用系统关键器件研究

作者：王曼卓吉林大学

学位级别：硕士

随着人工智能、大数据和光通信系统的发展,光纤传输容量成为制约数据带宽进一步增大的关键问题。受光学非线性效应的影响,单模光纤传输容量已接近理论极限（100 Tbit/s）,无法满足未来的应用需求,因此亟需扩大信道容量。多维复用技术是... 详细信息

随着人工智能、大数据和光通信系统的发展,光纤传输容量成为制约数据带宽进一步增大的关键问题。受光学非线性效应的影响,单模光纤传输容量已接近理论极限（100 Tbit/s）,无法满足未来的应用需求,因此亟需扩大信道容量。多维复用技术是进一步增加单模光纤传输效率的有效手段。在光波各物理维度复用技术中,模式复用是增加信道数和带宽的重要技术。本文详细介绍了模分复用技术背景,光子芯片集成技术,相关材料平台和关键器件等。论文重点研究了模分复用系统中的模式复用器/解复用器、模式开关及波导模斑转换器。针对这些器件进行了设计、实验制备和测试分析等工作,具体内容如下:1.介绍了本文的研究背景与意义,国内外研究现状,以及光波导理论知识。包括光纤通信的演进历程和当前水平,提升光纤通信系统传输能力的复用技术;阐述了模分复用（MDM）技术的重要性和研究价值,描述了模分复用系统的构成及其中的一些核心组件;介绍了光子集成芯片应用和研究现状,包括芯片耦合技术中具有重要作用的模斑转换器;介绍了用于实现模分复用系统的不同技术路线及国内外最新研究进展。2.设计和制备了一种基于级联定向耦合器（DC）的二氧化硅波导四模式复用器。模式复用器/解复用器（MUX/de MUX）是模分复用技术的关键组件,用于组合与分离不同空间模式。本文提出了一种基于级联DC的二氧化硅波导四模式复用器,由单模波导输入的E00模式可由DC耦合器转换E10模式、E20模式和E30模式,并由多模波导输出,而输入的E00模式也可不经模式转换,直接输出。采用光束传播方法（BPM）对波导几何尺寸进行优化。测量结果表明,在1550 nm处,四种模式(E00、E10、E20、E30)的插入损耗分别为2.19、4.50、5.53和6.47 d B。在1500 nm至1620 nm波长范围内,所有波长下的插入损耗均小于12.2 d B。3.设计和制备了一种低功耗、宽带1×8 SiO2波导热光开关。光开关可用于光复用技术中的光信号交换等功能,是可重构光网络的重要组件。本文提出了一种低功耗、宽带1×8 SiO2波导热光开关,该结构可拓展、功耗低、工作波长范围大,设计中采用光束传播方法进行波导参数优化。测试结果表明,在1550nm处,不同导通路径的光纤-光纤插入损耗（IL）为3.4-3.6 d B,消光比（ER）≥15.63 d B,串扰（CT）≤-15.65 d B,通道切换的平均驱动功耗为315.8 m W。在1500-1620 nm波长范围内,所有路由状态的ER≥15.06 d B,IL≤5.8 d B,偏振相关损耗（PDL）≤1.18 d B。动态响应测试结果表明,上升时间和下降时间分别为0.9418 ms和1.042 ms。4.设计和制备了一种二氧化硅波导模式选择开关。模式开关作为片上模分复用系统的关键器件,起着模式转换和路由的作用。本文提出的模式选择开关可实现两种模式之间的转换和路由(基模E00→基模E00、一阶模E10→基模E00)。设计中,采用光束传播方法进行波导参数优化,通过在二氧化硅波导两侧引入空气槽,降低功耗,抑制热串扰。所制备开关的测量结果表明,在两个输出端口之间切换E10模式时,功耗分别为170m W和395.3 m W。在1523-1556 nm波长范围内,三个输出端口的插入损耗、消光比和串扰分别≤10 d B,≥15 d B和≤-15 d B。测得的上升时间和下降时间分别为0.9418ms和1.042 ms。5.提出了基于三维结构、梯度折射率和光栅型三叉戟结构SiO2波导模斑转换器。模斑转换器是光纤与光子芯片上光波导的连接耦合器件,用于光芯片集成,匹配光纤的模场和波导的模场。本文采用光束传播法（BPM）和时域有限差分法（FDTD）对三种模斑转换器进行性能优化,耦合效率高、工艺容差和带宽大。相关设计可用于二氧化硅光波导与单模光纤的边缘耦合,在光通信、高性能计算以及光学传感等领域有着广泛的应用前景和发展潜力。

关键词：光波导模分复用光子集成模式复用器热光开关模式光开关模斑转换器

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于多平面光转换的模式控制研究

基于多平面光转换的模式控制研究

作者：肖兴国北京邮电大学

学位级别：硕士

随着信息时代的到来,越来越多的人类活动依赖于数据的高速大容量传输,网络的普及使得人们对于通信网络的容量提出了更高的要求。光纤通信技术是当今全球通信网络的主干,一直以来光纤通信技术不断革新,各种改进使得单模光纤构成的通信网... 详细信息

随着信息时代的到来,越来越多的人类活动依赖于数据的高速大容量传输,网络的普及使得人们对于通信网络的容量提出了更高的要求。光纤通信技术是当今全球通信网络的主干,一直以来光纤通信技术不断革新,各种改进使得单模光纤构成的通信网络的的容量已经接近了理论的极限值。因此,寻找新的突破口来提升光纤通信的容量刻不容缓。空分复用技术（SDM）因此受到了人们越来越来的关注,模分复用技术,作为空分复用技术的一种,利用各模式间的正交性,将各个模式同时射入一根多/少模光纤进行传输。模分复用（MDM）的关键技术是对模式进行控制,包括转换、复用、过滤和交换等。本文对模分复用通信系统中模式控制进行研究,论文的具体内容如下:第一、研究了多平面光转换（MPLC）实现模式控制的理论基础,包括线性偏振（LP）模式、拉盖尔高斯（LG）模式、轨道角动量（OAM）模式和厄米特高斯（HG）模式的特性和表达式,推导了衍射的角谱表达、夫琅禾费衍射、菲涅尔衍射、透镜的傅里叶变换,以及其在Matlab软件的具体实现方法。研究了 MPLC的数学理论基础、实际结构和重要实验器件,讨论了 MPLC相位文件计算所涉及的波前匹配算法（WFM）算法和模拟退火算法。第二、设计并通过仿真实现了一种新的OAM模式复用器,通过仿真证明了对3个或4个OAM模式的动态复用,和传统方法相比可以快速的在不同复用情况间切换,插入损耗约为-0.5dB左右,最大串扰不超过-21dB。研究了 MPLC平面数量和算法参数的具体选择方法,提出了一种模拟退火算法的改进,平滑得改变多个像素点,通过仿真证明改进可以有效提高模拟退火算法在计算相位文件时的计算速度和平滑度。第三、设计并通过仿真实现了一种新型的HG模式过滤器和一种LP模式过滤器,通过仿真所有的过滤情况,证明了器件可以高速的实现模式的动态过滤,消光比大于20dB,平均模式纯净度大于95%,可以适应模分复用系统构建的光网络的模式过滤需求。初步证明了MPLC实现模式交换和模式分插复用功能,在未来光网络中有着很好的应用前景。

关键词：模分复用系统多平面光转换模式复用器模式过滤器相位匹配算法模拟退火算法

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

光纤模分复用系统的关键少模波导器件研究

光纤模分复用系统的关键少模波导器件研究

作者：曹国栋江苏大学

学位级别：硕士

近年来,由于单模光纤传输容量的限制,使得基于少模光纤的通信技术引起了人们广泛的兴趣。采用少模光纤,以不同的模式传输不同的信息的方法,即模分复用技术,可以成倍地提高光纤的传输容量。同时,少模光纤还可以具有更大的纤芯面积,以减... 详细信息

近年来,由于单模光纤传输容量的限制,使得基于少模光纤的通信技术引起了人们广泛的兴趣。采用少模光纤,以不同的模式传输不同的信息的方法,即模分复用技术,可以成倍地提高光纤的传输容量。同时,少模光纤还可以具有更大的纤芯面积,以减少各种复用技术导致的光纤非线性效应。除了在模分复用技术方面的应用之外,少模光纤还可以通过选择性激发高阶模的方法,实现大模场单模传输、色散补偿、超短脉冲传输以及非线性应用等。在模分复用系统中,能够实现模式间转换、将不同的模式复用到少模光纤以及实现少模光纤中模式的解复用等功能的少模光纤器件是决定系统性能的关键因素之一。本文基于绝热耦合原理,设计了一种新型的模式转换器件。该器件可以实现少模光纤中不同模式之间的模场转换、可以通过辅助纤芯将不同的光信号转换为少模光纤中的不同模式,从而实现模分复用;也可以将少模光纤中的模式分别耦合到不同的辅助纤芯并输出,从而实现少模光纤中不同模式信号的分离,即解复用;还可以实现选择性的下载和上传不同的模式信号,并可选择性地滤除少模光纤中的高阶模以及在少模光纤中实现单模传输、实现对简并的高阶模进行分离等功能。在结构上我们除了提出了基于少模光纤的模式转换器之外,我们还提出了一种基于矩形波导的模式转换器,该器件解决了模式简并问题,当光从不同端口输入时,可实现对输入的所有模式进行逐次转换为更高阶模或逐次转换为更低阶模。

关键词：光纤通信少模光纤模式转换器模式复用器模式解复用器

基于非对称定向耦合器的LP01模与LP11b模转换研究

在线全文

同方学位论文库

学校读者我要写书评

暂无评论

基于非对称定向耦合器的LP01模与LP11b模转换研究

作者：赵伟科电子科技大学

学位级别：硕士

当今社会对通信系统的传输容量要求越来越高,在光纤出现后的短短几十年里,由于波分复用(Wavelength division multiplexing, WDM)、偏振复用(Polarization Division Multiplexing, PDM)、高阶调制以及正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)等技术的应用,单模光纤的通信容量有了几个数量级的提升。可以预见,未来人们对光纤通信系统的通信容量的需求还将持续提升。然而由于香农极限,光纤非线性效应以及光纤熔融效应等,单模光纤的通信极限被限制在100 Tbps左右。为了提升光纤的通信容量,新的技术不断开发出来,而模分复用技术(Mode Division Multiplexing, MDM)被认为是其中最具前景的技术。模式复用器可实现模式的转换和复用／解复用功能,是模分复用系统中的关键器件。就目前而言,实现模式转换主要基于三种技术平台：空间光学元件,光纤以及平面光波导。其中基于平面光波导技术的模式转换器以其结构紧凑、转换效率高、易于集成的特点受到科研工作者的重视。平面光波导模式复用器,可以基于多模干涉,非对称Y分支或非对称定向耦合器等结构实现。这其中,基于平面非对称定向耦合器的模式复用器更是具有结构简单,易于实现,宽工作波长的优点,利用它可以方便的实现满足相位匹配且耦合系数不为零的两个模式之间的转换,例如LPlla模与LPol模的转换。但是对于那些模场在竖直方向呈反对称分布的模式,例如LP1lb模,则由于与LPol模的耦合系数为零,不能简单的通过水平方向的定向耦合器实现与LPol的转换。针对此情况,本论文利用聚合物材料EpoCore和EpoClad分别作为芯层和包层,设计并制作了一种两臂非等高的非对称定向耦合器以同时实现LP01模与LP1lb模的转换、复用／解复用功能。论文内容主要包含以下三个部分：首先介绍了模分复用系统,模式转换技术的研究现状,矩形波导的分析方法以及耦合模理论;分析了本论文所设计的复用器实现LPol模与LP1lb模转换的原理。其次,对器件的结构参数进行了重点研究,并通过软件仿真验证了器件的功能。器件的设计主要基于有效折射率法以及有限元法;并用OptiBPM以及Rsoft软件初步验证了器件的模式转换、复用／解复用功能,结果与设计相符。最后,对器件的制作工艺进行了研究,针对器件的结构特点设计并改进相应的工艺流程,并完成了对制作完成器件的测试和分析。测试结果显示,所制作的模式复用器具有模式转换、复用／解复用功能。器件在1545nm波长附近LP01模到LP1lb模的转换效率超过99.8%,并且在整个C波段的转换效率维持在95%以上。此外,通过利用聚合物的热光效应,器件的中心工作波长可以实现11 nm/℃的调谐,从而在24℃-28℃的温控范围内,实现工作波长在整个C+L波段的覆盖。实验基本实现预设目标,验证了理论的正确性。

关键词：光波导聚合物模式复用器定向耦合器模式转换