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基于定向耦合型聚合物波导的热光模式开关器件研究

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基于定向耦合型聚合物波导的热光模式开关器件研究

作者：王力磊吉林大学

学位级别：硕士

近年来,随着现代社会不断信息化,以往的信息传输速率和容量已逐渐无法满足人们的需求。自光纤诞生的几十年内,通过各种技术,单模光纤的通信容量已经有了几个数量级的提升,然而由于信道的香农极限的存在,单模光纤的通信容量出现了瓶颈。... 详细信息

近年来,随着现代社会不断信息化,以往的信息传输速率和容量已逐渐无法满足人们的需求。自光纤诞生的几十年内,通过各种技术,单模光纤的通信容量已经有了几个数量级的提升,然而由于信道的香农极限的存在,单模光纤的通信容量出现了瓶颈。为了扩展光纤通信系统的通信容量,越来越多的科研人员不再局限于单模光纤,将研究重心放在了少模光纤上,其中的模分复用技术由于其独特的优势获得了广泛关注。模分复用技术通过利用了少模光纤中的各种空间模式,从而提高了光纤传输容量。其中用于组合和分离不同模式的模分复用器是模分复用光传输系统中的重要部件。然而,随着模分复用技术及系统的快速发展,无源的模分复用/解复用器已逐渐无法满足系统的需求,有必要开发出能够实现对不同空间模式的可重构有源模式控制器件。基于此情况,本论文设计并制作了两种模式光开关器件,实现了对模式的可控转换。论文主要包括以下几个部分:首先,介绍本论文的研究背景与意义和模分复用技术的研究进展。对光波导的模式理论和聚合物热光效应进行分析。其次,设计并制备了基于DC-MZI结构的聚合物波导热光模式开关器件,实现了LP模式和LP模式的可控切换。利用Matlab软件,通过矩形波导的有效折射率法对两种模式的有效折射率进行了计算。通过3D有限差分光束传播方法(3DFD-BPM,RSoft)对器件内部的模式场传播进行了仿真优化,并以此确定了器件的尺寸参数。根据此参数,设计并制做了掩膜板,通过半导体微制造工艺对器件进行了制作。对所制备的热光模式开关器件进行测试,测试结果表明,该器件实现了设计预期,完成了对于LP模式和LP模式的可控切换。在1550 nm工作波长下,器件的开关功率为9.35 mW,消光比为15.6 dB,上升时间和下降时间分别为540.0和440.0μs;而在整个C波段上,器件的消光比均大于11 dB。最后,设计并制备了基于定向耦合结构的聚合物波导热光模式开关器件,同样实现了两种模式的可控转换。当工作波长为1550 nm时,模式开关的开关功率为29.5 mW,消光比为14.6 dB,上升时间和下降时间分别为660和480.0μs;当工作波长为C波段时,仍可实现开关功能,此时器件的消光比均大于10 dB。并对该种结构进行了类推,设计了基于定向耦合结构的三种模式的热光模式开关。综上所述,本文研究了基于DC-MZI结构和定向耦合结构的聚合物热光模式开关器件,并通过实验成功制备了相应的模式开关。设计的器件可以应用在可重构的MDM系统中,起到对于模式传输的控制功能。

关键词：聚合物光波导热光效应模式开关定向耦合器

基于Mach-Zehnder干涉仪的聚合物热光模式开关研究

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基于Mach-Zehnder干涉仪的聚合物热光模式开关研究

作者：高秀攀电子科技大学

学位级别：硕士

由于光纤的非线性效应以及光纤放大器带宽的限制,目前单模光纤的通信容量已经接近极限。为了满足未来人们对高速率通信的需求,模分复用技术应运而生。在模分复用系统中发射端需要将基模转换为高阶模然后耦合到少模光纤中传输,因此可以... 详细信息

由于光纤的非线性效应以及光纤放大器带宽的限制,目前单模光纤的通信容量已经接近极限。为了满足未来人们对高速率通信的需求,模分复用技术应运而生。在模分复用系统中发射端需要将基模转换为高阶模然后耦合到少模光纤中传输,因此可以实现模式灵活切换的模式开关成为了模分复用系统中的关键器件。为了方便与模分复用系统中其它器件对接,模式开关应该具有紧凑的结构以及易于集成的特点,因此基于平面光波导技术的模式开关是一个不错的选择。目前制作光波导的材料分为有机材料和无机材料两类,有机材料主要包括各类聚合物,无机材料包括硅及硅的化合物、铌酸锂等;聚合物光波导器件以其简便的制作工艺、材料的廉价性、较高的热光系数以及易于拓展为三维器件的优势越来越受到研究者的重视。本文的研究内容是基于聚合物热光效应而制作的热光模式开关,并且利用聚合物可以多层旋涂的工艺,分别制作出了平面结构和三维结构马赫曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder Interferometer,MZI)热光模式开关。论文主要分以下四个部分来论述:首先,介绍了模分复用系统出现的背景并介绍了国内外模式开关器件的研究进展,简述了聚合物光波导材料的特点及其制作工艺。第二,分别利用马卡悌里方法以及MATLAB、Comsol等软件对器件的结构参数进行了仿真分析,然后利用Comsol热扩散模型进行了热扩散仿真,根据计算和仿真结果,得到了器件初步的设计参数。然后在Rsoft软件中仿真了器件中的光路图,仿真结果证明可以达到预想效果。第三,制作并测试了平面结构的MZI热光模式开关,对器件的制作工艺进行了改善。测试结果显示,该模式开关具有弱偏振相关性并在整个C+L波段均可以工作。实现模式切换只需要9mW左右的功率,功耗较低;同时器件的消光比可达23dB;整个器件的插入损耗在14dB左右,测试结果与预期目标相符并验证了仿真的正确性。最后,尝试制作三维结构的MZI热光模式开关,针对三维结构制作的复杂性,改善了对版技巧,并改进相应的工艺。

关键词：聚合物光波导热光效应模式开关三维结构器件模式转换

热光长周期波导光栅辅助的非对称Y分支模式开关研究

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热光长周期波导光栅辅助的非对称Y分支模式开关研究

作者：冯敬电子科技大学

学位级别：硕士

进入超宽带和LTE时代后,随着电子商务、大数据以及云计算等新兴业务快速发展,人们对信息服务的需求量进一步增长。但由于光纤非线性效应等问题的限制,现有单模光纤通信网络的传输容量正在逼近香农极限,无法继续满足日益增长的用户需求... 详细信息

进入超宽带和LTE时代后,随着电子商务、大数据以及云计算等新兴业务快速发展,人们对信息服务的需求量进一步增长。但由于光纤非线性效应等问题的限制,现有单模光纤通信网络的传输容量正在逼近香农极限,无法继续满足日益增长的用户需求。作为进一步提高光纤系统传输容量的重要途经之一,基于少模光纤的模分复用技术引起了广泛专注。包括模式转换器和模式复用/解复用器在内的模分复用器件是少模光纤模分复用系统的重要组成部分,目前仍处于探索研究与完善的阶段。针对目前研究的不足,本文提出并设计制作了热光长周期波导光栅辅助的非对称Y分支模式开关,器件分别采用EpoClad和EpoCore聚合物材料制作波导包层和芯层,利用聚合物材料的热光效应,通过上包层表面电极通电升温在非对称Y分支主干波导引入热光侧壁长周期波导光栅,将模式转换与模式复用/解复用功能相结合,并通过调节电压电流改变电极温度来调谐热光长周期光栅的耦合效率,构成了可重构可调谐的工作特性更全面的热光模式开关器件。该器件不仅能实现LP01模和LP11a模的复用和解复用,通过热光长周期光栅的模式转换,还能将LP01模和LP11a模有选择性地通过Y分支的两分支臂输出,因此具有一定路由功能。本文围绕所提出的热光模式开关的工作特性,首先分析了相关理论和工作原理,之后利用仿真软件对器件结构参数进行了设计仿真,在此基础上使用现有实验设备分别制作了非对称Y分支波导、热光长周期波导光栅模式转换器以及基于前两者设计的热光模式开关,最后分别对制作的器件样品进行了性能测试。测试结果表明:实验制作的非对称Y分支波导应用于模式解复用时,最小插入损耗为12.01 dB,两分支臂间串扰在波长为1566 nm时为-26.86 dB;应用于模式复用时,宽臂复用的最小插入损耗为12.61 dB,窄臂复用的最小插入损耗为17.26dB。制作的热光长周期波导光栅模式转换器能实现LP01模和LP11a模之间的模式转换,且可利用热光效应调谐其耦合强度,测得其表面电极外接电压电流为(3.8 V,0.14 A)时样品的模式转换效率约为82.91%。实验制作的热光模式开关应用于模式复用时具有模式转换功能,可帮助校正畸变的复用模式;应用于模式解复用时具有模式路由功能,可将LP01模和LP11a模有选择性地从两个分支臂输出。

关键词：非对称Y分支热光长周期波导光栅模式开关模分复用器聚合物波导

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LS公司模式开关研发项目风险管理研究

LS公司模式开关研发项目风险管理研究

作者：严学庆吉林大学

学位级别：硕士

随着全球经济和技术的进一步发展,汽车行业进入了一个新的技术革新期,行业竞争也日益激烈,同时,在新冠疫情的冲击下,中国的汽车产业也遭受了新的挑战和冲击。汽车零部件企业正在经历更为复杂和多变的风险环境,这些潜在的风险就像是看不... 详细信息

随着全球经济和技术的进一步发展,汽车行业进入了一个新的技术革新期,行业竞争也日益激烈,同时,在新冠疫情的冲击下,中国的汽车产业也遭受了新的挑战和冲击。汽车零部件企业正在经历更为复杂和多变的风险环境,这些潜在的风险就像是看不到的定时炸弹,随时会给企业的研发项目带来巨大的负面影响,给企业造成不可挽回的声誉或经济损失,进一步削弱企业的市场地位和竞争力。因此,提升企业在研发项目过程中的风险管理水平不仅能保证项目的成功,同时也能提升企业的市场竞争力,更好地迎接新的市场环境的挑战,实现进一步突破和发展。本文首先阐述了论文的研究背景及意义,并对国内外项目风险管理的发展和相关研究成果进行了归纳总结,在此基础上,进一步对项目管理、研发项目管理、项目风险管理的基本概念和理论进行阐述总结,为论文研究的展开提供了坚实的理论基础。然后,论文以LS公司模式开关研发项目为研究对象,结合LS公司研发项目流程,对本公司研发项目的风险管理现状和问题进行分析总结;随后,按照项目风险管理理论,对模式开关研发项目中存在的潜在风险进行识别,接着通过风险评估等级法评估已识别的风险以确定风险优先级分类,最后,进行风险控制方案的制定和实施,以确保研发项目风险管理方案的顺利实施和控制。本论文关于研发项目风险管理的研究成果,对于类似汽车零组件研发项目的风险管理具有一定借鉴价值,这些成果将为公司进一步完善研发项目风险管理体系奠定基础。

关键词：汽车行业模式开关研发项目项目管理项目风险管理风险控制

DX-600中波发射机射频模式开关驱动原理及维护

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科技资讯 2006年第35期4卷 31-32页

作者：占荣郎国家广电总局751台

本文简述了DX-600中波发射机合成器射频开关驱动原理,并以具体故障为例,介绍应急处理方法。

关键词： DX-600中波发射机模式开关驱动

DX-600kW发射机合成器模式开关控制原理分析

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科技传播 2015年第8期7卷 69 71-,71页

作者：陈善罗国家新闻出版广电总局871台甲机房海南东方572600

本文对DX-600k W中波发射机合成器射频接触器控制板的原理进行了介绍,并重点对过流监测电路和直流电机的工作原理进行分析,以及模式开关的状态信号的归纳分析,并详述了出现故障时的应急处理方法。

关键词： DX600kW中波发射机合成器模式开关过流监测电路直流电机状态分析应急处理

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基于MZI结构的二氧化硅波导模式选择开关

光子学报 2023年第10期52卷 181-188页

作者：岳建波孙小强王曼卓孙朝阳姚振涛张越王菲张大明吉林大学电子科学与工程学院集成光电子国家重点实验室长春130012

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E00模式向多模波导中E10模式的转换。器件采用... 详细信息

设计并且制备了一种基于马赫-曾德尔干涉仪结构的二氧化硅波导模式选择开关。该器件由不对称定向耦合器及金属电极组成。通过金属电极产生的热场改变单模波导中的模式相位,实现了单模波导中E00模式向多模波导中E10模式的转换。器件采用标准CMOS工艺制备,在调制臂两侧引入空气槽,提高热场调制效率,降低开关功耗。实验结果表明,当输入E00模式时,输出端的串扰小于−17.13 dB,消光比大于16.7 dB;当输入E10模式时,输出端的串扰小于−19.84 dB,消光比大于22.5 dB。模式开关的上升时间和下降时间分别为0.7 ms和1 ms。该模式选择开关在模分复用系统中具有良好的应用前景。

关键词：模式开关二氧化硅波导光波导器件 MZI 热光开关

基于聚合物光波导非对称定向耦合器的热光模式选择开关的研究

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基于聚合物光波导非对称定向耦合器的热光模式选择开关的研究

作者：訾幸壮电子科技大学

学位级别：硕士

随着科技的进步,单模光纤的传输容量已经接近理论极限。为了应对人们未来对通信容量的需求,研究人员开始利用模分复用技术来提升通信容量。这是由于空间模式具有正交性,不同的空间模式可作为独立的传输信道。可重构模分复用系统可根据... 详细信息

随着科技的进步,单模光纤的传输容量已经接近理论极限。为了应对人们未来对通信容量的需求,研究人员开始利用模分复用技术来提升通信容量。这是由于空间模式具有正交性,不同的空间模式可作为独立的传输信道。可重构模分复用系统可根据网络流量需求灵活配置路由,优化网络资源分配,减小网络阻塞。其中系统最为关键的器件之一是模式开关。模式开关可应用于模式分离器、光路由等。因此,对模式开关的研究具有重要意义。本文中设计的器件把非对称定向耦合器作为基本结构,并将两个电极分别放置于两个波导的上方,提出了一种结构简单、热调可控的模式开关。该模式开关仅由一个单模波导、一个双模波导及对应的两个电极组成。其原理是利用热光效应由一个电极控制单模波导的基模与双模波导的基模间的相互耦合,而由另一个电极控制着单模波导的基模与双模波导的一阶模间的相互耦合。而在两个电极都未加电的情况下,两个波导间的模式不会发生耦合。由于聚合物材料具有相对较高的热光系数,波导制作工艺简单,因此模式开关的材料采用聚合物材料。论文首先简单介绍了光波导定向耦合器的工作原理。在此基础上研究了器件的设计方案一,介绍了器件材料的选择,并测试制作的器件,分析了测试结果。鉴于方案一存在的问题,论文在对方案一进行优化的基础上提出了方案二,并详细研究了该方案的原理及关键参数的设计方法。此外,为了有效利用热能和提高器件的响应时间,论文还对电极进行优化设计。最后,通过Comsol Multiphysics软件进行热场和模场的联合仿真计算,得到相关参数并进行掩膜版的设计制作。论文详尽介绍了器件的制作、测试及结果分析。给出了器件在光通信波段的输出模场、消光比、响应时间等测量的关键参数。

关键词：模式开关模分复用集成光学定向耦合器热光效应

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一种机载计算机模式选择离散量滞回采集方法

电脑编程技巧与维护 2024年第3期 43-45页

作者：谢宇辰杨姗姗喻鸣中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所西安710068

机载计算机在机上维护升级时通常会使用维护接口,通过工作状态离散量模式开关识别计算机是否工作在地面维护状态是每台机载计算机必备的功能。鉴于此,提出了一种信号采集电路结合系统级芯片(SOC)逻辑处理的机载计算机模式选择离散量采... 详细信息

机载计算机在机上维护升级时通常会使用维护接口,通过工作状态离散量模式开关识别计算机是否工作在地面维护状态是每台机载计算机必备的功能。鉴于此,提出了一种信号采集电路结合系统级芯片(SOC)逻辑处理的机载计算机模式选择离散量采集方法,依托某型机载发动机监视装置测试平台证实了采集方法的正确性,满足离散量信号采集精度,符合预期结果,为迟滞区间阈值跨度较大且需要在区间内判断信号状态的离散量采集提供了思路。

关键词：机载计算机模式开关离散量采集