检索结果-南通市图书馆

作者：严强浙江大学

学位级别：硕士

利用硅基狭缝波导结构可以有效减小波导的有效模场面积,提高其中的光强密度,进而增强其非线性效应。为了保证非线性效应的高效发生,入射光需要尽可能多地从光纤耦合进硅基狭缝波导,减小耦合损耗。但是,光纤和硅基狭缝波导之间模场的形... 详细信息

利用硅基狭缝波导结构可以有效减小波导的有效模场面积,提高其中的光强密度,进而增强其非线性效应。为了保证非线性效应的高效发生,入射光需要尽可能多地从光纤耦合进硅基狭缝波导,减小耦合损耗。但是,光纤和硅基狭缝波导之间模场的形状和尺寸极不匹配,直接耦合损耗很大,因而需要设计从光纤到硅基狭缝硅波导的模式转换器,实现高效、宽带的模式转换。从光纤到硅基狭缝波导的模式转换分为两个步骤实现：第一步从光纤耦合到硅基条形波导,第二步从硅基条形波导再耦合到硅基狭缝波导。论文首先回顾了光波导的基本原理以及波导数值计算方法,基于波导的模场特性,设计了一种光纤到硅基条形波导的倒锥形模式转换器,通过降低波导高度和偏移尖端硅波导的方法实现了偏振不敏感且高效的耦合。当尖端宽度为0.1 μ.m,高度为250nm时,TE模总损耗为0.483 dB,TM模总损耗为0.653 dB。当尖端宽度小于50 nm时,可以实现偏振无关模式转换,两个模式的损耗均约为0.2 dB。通过分段设计,转换长度优化为234 μm。通过高度降低或者尖端偏移设计,偏振相关度可以降到0.11 dB以内,而TE/TM损耗都在0.4 dB左右。基于硅基狭缝波导模场的特性,设计了一种硅基条形波导到硅基狭缝波导的模式转换器,在转换长度为20 μm、最小结构尺寸不低100nm的条件下,实现了99.2%的转换效率,高于95%转换效率的带宽为200 nm。通过进一步优化锥形波导的尖端宽度,转换长度减少了3μm,而带宽提高100 nm,实现了高效、宽带、结构紧凑、易于制作等优良特性。

关键词：硅波导硅基狭缝波导模式转换器偏振无关性

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基于高非线性硅基狭缝波导的全光信号处理

基于高非线性硅基狭缝波导的全光信号处理

作者：叶飘飘深圳大学

学位级别：硕士

光信号处理在网络节点处直接对光信号进行处理,不仅避免了“光-电-光”转换以及传统电信号处理的速率瓶颈,克服了链路超高传输速率与网络节点信息处理速率的不匹配问题,而且进一步降低了系统功耗。在全光网络的路由和交换节点处,光信号... 详细信息

光信号处理在网络节点处直接对光信号进行处理,不仅避免了“光-电-光”转换以及传统电信号处理的速率瓶颈,克服了链路超高传输速率与网络节点信息处理速率的不匹配问题,而且进一步降低了系统功耗。在全光网络的路由和交换节点处,光信号处理包括码型转换、逻辑运算、波长转换及信号再生等,而高非线性器件是实现各类高效全光信号处理的重要保障和关键因素。传统非线性器件如半导体光放大器、高非线性光纤等,有丰富的三阶非线性效应,且非线性系数较高,但前者需要外接有源驱动且大电流工作时存在较大的自发辐射噪声,而后者难以实现片上集成。硅基光波导器件不仅非线性高、尺寸小、易于集成,并且与互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor,COMS）工艺兼容、成本低。本文利用高非线性硅基-聚合物狭缝波导,结合三阶非线性四波混频效应,对全光高速光逻辑门进行了实验研究。同时,为了与光通信系统中的模分复用技术相兼容,进一步研究了多模高非线性硅基-聚合物狭缝波导,并结合新型调制格式,对多模全光码型转换进行了研究。具体内容如下:（1）详细介绍了本文研究中所用到的各类调制格式信号产生的机理,如NRZ、RZ、CSRZ、NRZ-DPSK、RZ-DPSK、CSRZ-DPSK、16PSK;（2）基于硅基-聚合物狭缝光波导四波混频效应（FWM）,实验研究了40Gb/s两输入RZ-DPSK信号的全光逻辑异或及同或运算;（3）设计了多模高非线性硅基-聚合物狭缝波导,其在TE和TE模式下的非线性系数可达7000 Wm和5800 Wm,基于该波导,对多模全光码型转换进行了数值仿真研究,实现了TE模式上160Gb/s NRZ到RZ和TE模式上160Gb/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK、TE模式上160Gb/s NRZ到CSRZ和TE模式上160Gb/s RZ到CSRZ、TE模式上160Gb/s NRZ-DPSK到CSRZ-DPSK和TE模式上160Gb/s RZ-DPSK到CSRZ-DPSK、TE模式上320Gb/s NRZ-DPSK到RZ-DPSK和TE模式上320Gb/s NRZ到CSRZ、TE模式上160GBaud的16PSK到8PSK和TE模式上160Gbit/s的NRZ到RZ的多模全光码型转换。

关键词：硅基狭缝波导全光信号处理全光逻辑门全光码型转换四波混频

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基于硅基表面等离子体波导的偏振器件研究

基于硅基表面等离子体波导的偏振器件研究

作者：刘锐华中科技大学

学位级别：硕士

偏振分束器和偏振旋转器等偏振器件可实现对偏振态的操控,在偏振复用通信系统中有着重要的地位,可集成化偏振器件对偏振敏感的光子集成回路以及偏振分集的光子集成芯片都是不可或缺的核心部件。光子集成回路中要求偏振器件具备尺寸小、... 详细信息

偏振分束器和偏振旋转器等偏振器件可实现对偏振态的操控,在偏振复用通信系统中有着重要的地位,可集成化偏振器件对偏振敏感的光子集成回路以及偏振分集的光子集成芯片都是不可或缺的核心部件。光子集成回路中要求偏振器件具备尺寸小、偏振消光比高、损耗低等性能,而基于硅基和表面等离子体激元的偏振器件具备这方面的优点,是国内外研究热点。本论文围绕硅基表面等离子体激元偏振器件的设计开展了一定的理论研究工作,研究内容主要包括:1)介绍了偏振器件的研究现状以及面临的挑战,分析了利用表面等离子体波导来实现亚波长尺寸偏振器件的可行性,进而分析了表面等离子体的色散模型。在此基础上分析了金属和介质界面上表面等离子体的激发方式,并对硅基器件设计中最常用的几种波导结构进行了模式分析。2)提出了一种基于硅基狭缝结构的偏振分束器方案。利用垂直狭缝对TE模式的高度局域特性,采用非对称定向耦合方式,实现了耦合区长度仅有2μm的偏振分束器。通过模拟仿真和参数优化,在整个C波段范围内实现了:TE和TM模式的消光比分别在25 dB和20 dB以上,插入损耗分别小于0.1 dB和1 dB。3)提出了一种基于表面等离子体弯曲波导的偏振分束器。通过利用波导中TM模式的光程相同,可以耦合到交叉波导输出,实现分束功能。通过参数优化,耦合区长度为3.95μm,在1450 nm-1550 nm波长范围内,TE模式的透过率在98%以上,TM模式的透过率在90%以上,并且在±30 nm工艺容差范围内,TE和TM模式的消光比都在20 dB左右。该结构可实现较小尺寸、较高消光比和超大工艺容忍度的偏振分束器。4)提出了一种基于L型表面等离子体波导的高性能偏振旋转器。针对目前存在的绝大多数硅基偏振旋转器件中包层和衬底必须采用不同材料的局限,利用L型波导的非对称结构对光轴进行旋转,波导中的两种混合模式相互干涉,经过3μm的旋转区长度,TM模式的偏振消光比可以达到25.19 dB,而TE模式的偏振消光比可以达到33.85 dB。

关键词：偏振分束器偏振旋转器表面等离子体硅基狭缝波导消光比

基于非对称耦合结构的低探测极限折射率传感器研究

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基于非对称耦合结构的低探测极限折射率传感器研究

作者：张佳莉华中科技大学

学位级别：硕士

光学传感器由于具有抗电磁干扰、可多重检测、尺寸小、灵敏度高以及响应速度快等优点,已经被广泛的应用在临床检测、医疗诊断、环境监测,食品安全中。本文围绕基于微纳光纤非对称耦合结构的光学传感器及基于硅基狭缝波导非对称耦合结构... 详细信息

光学传感器由于具有抗电磁干扰、可多重检测、尺寸小、灵敏度高以及响应速度快等优点,已经被广泛的应用在临床检测、医疗诊断、环境监测,食品安全中。本文围绕基于微纳光纤非对称耦合结构的光学传感器及基于硅基狭缝波导非对称耦合结构的光学传感器开展工作,研究内容主要包括:介绍了无标记折射率光学传感器的研究背景和意义,重点介绍了基于微纳光纤和硅基器件的光学传感器研究现状,微纳光纤和硅基狭缝波导的传输特性及在传感中的相关应用。并对非对称耦合器构进行了理论分析、总结了微纳波导光学传感器件的相关性能指标。提出了一种基于微纳光纤的非对称耦合结构传感器。通过基于时域有限差分算法对该结构进行了仿真优化,分析了该器件的耦合间距和微纳光纤尺寸对传感性能的影响。实现了高达4549 nm/RIU的灵敏度;最终通过对灵敏度和探测极限两种性能指标的仿真优化,可以实现12 nm的透射谱带宽及3212 nm/RIU的灵敏度。提出了一种基于硅波导和狭缝波导耦合结构的光学传感器,通过基于时域有限差分算法的仿真软件来模拟光在该耦合结构中的传输特性,论证了该结构的透射谱具有单凹陷窄带的特性,讨论了该结构波导参数和器件参数对传感性能的影响,实现了6 nm的透射谱带宽以及445 nm/RIU的灵敏度。介绍了该传感器件在上硅层为220 nm的硅基样片上的设计制备流程,进行了初步的器件制作。

关键词：光学传感器微纳光纤硅基狭缝波导非对称耦合低探测极限