光子晶体波导耦合的波分复用研究

两平行光子晶体单模波导的相互耦合组成一个耦合结构。两本征模的色散曲线相交并出现简并,简并模之间的耦合作用使模式的分布发生了改变。由于耦合的作用,各个波长的光波会在不同的波导中传输。在简并点处两本征模发生解耦合,光波会沿着原来的方向传输。将两个不同耦合长度的光子晶体波导耦合结构集成在一起,就可以组成一个三波长的光子晶体波分复用器。     

基于光子晶体共振耦合的四波长波分复用/解复用器

谐振腔因其具有选频功能而在集成光学领域具有广泛的应用. 通过两个光子晶体环形腔、四个不同尺寸的光子晶体微腔及波导之间的耦合, 实现了1310 nm, 1550 nm, 1600 nm和1650 nm 四个波长的波分解复用．时域有限差分法模拟分析的结果表明, 仅仅通过调制输出波导边缘介质柱的半径, 即可使四个波长的输出效率均达到90%以上. 所设计的器件不但效率高, 而且尺寸小(约为12 μ m× 17 μ m), 在未来的光通信领域中具有潜在的应用价值.     

基于三角晶格光子晶体谐振腔的双通道解波分复用器

提出了一种基于三角晶格二维光子晶体解波分复用器。该器件主体由线缺陷波导、环形谐振腔及点缺陷微腔构成。使用平面波展开法研究了线缺陷波导的特性,给出了线缺陷波导的能带图,对局部器件微调后进行大量的性能仿真以及对整体器件进行性能仿真,选择合适的器件参数,并使用时域有限差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并给出了电场分布图。仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1271nm和1291nm两种光波的解波分复用。采用6个额外的介质柱,提高了环形腔的透射率;并通过在入射波导的入射口处增加三对介质柱,提高了波导的出射效率,从而整体上提高了双通道解波分复用器的输出效率。     

光子晶体耦合缺陷波导两通道解波分复用器

提出了一种新型两通道光子晶体解波分复用器.首先使用平面波展开法分析了耦合缺陷波导的特性.接着对双耦合缺陷波导之间的耦合效应进行分析.然后,利用耦合效应设计了一种高效的解波分复用器,使用有限时域差分法研究了不同波长的光在解波分复用器中的传输特性,并计算出了电场分布图.仿真结果表明,该种结构可以实现波长分别为1 266nm和1 311nm两种光波的解波分复用.由于耦合缺陷波导具有更小的群速度,此种结构较基于线缺陷波导耦合的解波分复用器具有更小的耦合长度,从而减小了系统的体积.     

基于光子晶体的三端口分插复用器

提出了一种新的基于对称全反射壁的光子晶体分插复用器,与其他类型的光子晶体复用器相比,无需对介质柱进行复杂的调节即可实现100%上/下载,方便实际制造.提出的理论模型与基于二维时域有限差分(FDTD)法的数值实验相当吻合,显示出这种器件具有优良的上/下载性能.     

光子晶体四信道波分复用器的研究

提出了一种由2-D光子晶体构成的四信道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体的线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分(FDTD)方法,研究了光在含点缺陷(即微腔)和线缺陷(即波导)的光子晶体中的传输特性,并给出了仿真结果。计算结果表明,该结构可以实现波长为λ=1550nm附近的四信道波分复用。     

基于渐变折射率光量子阱的密集波分复用研究

提出了利用渐变折射率光量子阱设计密集波分复用器件的构想,用时域有限差分法验证了该构想的可行性,分析了这种器件工作的物理机理.计算表明,折射率分布曲线不同的光子阱能局域不同的量子态,应用不同局域态的光量子阱对光波进行合成和分离,能够有效减小信道间隔,实现密集波分复用功能,使有限的频带能容纳更多的信道,提高频谱利用率.该器件信道中心波长精确稳定,信道隔离度较大,插入损耗小而均匀,信道间信号串扰小.     

一种基于光子晶体异质结构的新型多通道波分复用器

在二维三角光子晶体环形腔的周围增加六个散射介质柱,构成一个新的环形腔结构,该结构使光波的透射率达到90%,带宽也比较小。通过改变光子晶体介质柱的折射率,使环形腔的选择波长不断改变,能够明显地区分出两个不同波长,且分波波长在通信波长范围之内。将不同折射材料的光子晶体连接在一起,构成一种新的光子晶体波分复用器,相比同种材料,它具有高效率,多波长选择的优点。利用这种异质结构可以构建一个多波长的波分复用结构,它也为制作多通道波分复用器奠定了基础。     

用于波分复用的缺陷态复周期结构光子晶体滤波器的研究

利用传输矩阵法，研究了一种用于波分复用的光子晶体滤波器。该结构是中间包含一个缺陷层的一维三层念质的光子晶体，叫做缺陷态复周期结构光子晶体。通过数值计算得出它的色散关系和滤波特性。当改变缺陷层的厚度并保持其折射率不变时，带隙中将出现个数不同的局域模。缺陷层厚度增加时，局域模数也随着增加。适当调节缺陷层厚度，使带隙中出现八个窄带滤波窗口，能很好的用作八通道波分复用一解复用滤波器。由于很高的传输率和低的传输损耗，故在高速，长距离光通信中将有很好的应用。     

并联谐振腔光子晶体单通道侧面耦合波导

分析了多光子晶体谐振腔的并联耦合模理论,并根据该理论设计了单通道光子晶体侧面耦合波导以实现光子晶体器件与光源间的高效耦合。理论研究表明并联谐振腔的耦合效率与谐振腔数量、间距以及品质因子相关。经优化耦合面积和耦合效率,最终选择了5个谐振腔并联作为单通道侧面耦合波导的耦合部分。通过设置谐振腔间距改变其对称性,从而实现侧面耦合波导的单通道传播。在1.55μm工作波长下,单通道侧面耦合波导的耦合效率可达94.49%。     

二维光子晶体六通道波分复用器的透射谱

设计了一种由微米尺度二维光子晶体构成的六通道波分复用系统。该系统包括利用光子晶体线缺陷实现的波导部分和利用光子晶体微腔实现的频率选择部分。采用时域有限差分方法（FDTD）,研究光在该系统中的传输特性。     

跑道型结构光子晶体波导定向耦合器

鉴于波导定向耦合器在集成光路以及光电集成方面的广泛应用,提出了一种基于光子晶体波导间高效耦合的光子晶体定向耦合器。通过主波导和耦合波导间的耦合,可以实现对波长为1 490 nm和1 550 nm电磁波的高效分光。在将器件长度控制在30 μm左右的同时,其总效率高达93.05%。另外,发现主波导和耦合波导间介质柱结构参数对电磁波的耦合周期有着极大的影响。并通过将介质柱沿z方向拉伸0.1a(a为晶格周期),设计了工作波长为1 530 nm和1 540 nm的光子晶体定向耦合器,器件长度仅为60 μm。通过拉伸介质柱的纵向长度,可以大幅减小耦合周期,这对缩小器件体积以及实现更为密集的波分复用有着重要的意义。     

高效异质结构四波长波分复用器的设计与优化

将两光子晶体单模波导平行、邻近放置构成一个光子晶体波导耦合结构.根据耦合和解耦合理论,设计了一种新型的高效异质结构四波长波分复用器.应用时域有限差分法模拟了该器件的效率,并通过改变一排介质柱的折射率,实现了较高的透射率.进一步发现在入射口处添加三对介质柱,可以有效地降低系统的反射,实现了四个波长的高效传输,四个波长的透射率均超过了90%.该器件不仅具有较高的透射率,而且其尺寸仅为36 μm×17 μm,在未来的光子集成回路中具有潜在的应用价值. 关键词： 光子晶体波导 耦合 异质结构 波分复用     

一种用于密集波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片

基于液晶分子的双折射特性，设计并制作了一种结构简单的可用于波分复用系统中的可调谐液晶法布里-珀罗滤光片。对器件的光谱调谐特性进行了分析和模拟，并得到了液晶分子的折射率调制与其分子在电场作用下产生的转动角度之间的关系式。最后，对所设计的结构进行了制作和实验，测试结果显示了滤光片的性能受液晶分子的排列特性和法布里-珀罗腔的反射镜参量的影响较大，同时实验表明了这种利用向列型液晶分子作为法布里-珀罗腔内介质的可调谐滤光片在加电压调试下其调谐性能良好，调谐范围可覆盖C波段，透过峰的半峰全宽达到了0．8nm，实验结果与设计相吻合。     

面向稀疏波分复用系统的超大带宽硅基光子滤波器

大带宽光子滤波器被广泛应用于稀疏波分复用系统中,而在硅基芯片上实现结构紧凑、性能优良的超大带宽滤波器仍然是该领域研究的重点。提出一种基于光栅辅助反向耦合器的超大带宽硅基光子滤波器。利用窄波导更低有效折射率和更分散电场分布的性质,实现了带宽为92.9 nm、器件长度为250.6μm的超大带宽滤波器。该滤波器具有矩形度高、带宽大、损耗低等优势,能满足稀疏波分复用系统中解复用等需求。     

基于双折射晶体的光交叉波分复用器

光交叉波分复用器能够把一组DWDM光信号分解成两组奇偶信道输出 ,或反之。双折射晶体的设计关健部分由两个光轴成 45°的波片A和B组成。入射光信号经过偏振分束器和偏振元件处理后 ,在A波片中形成o光、e光并产生位相差。在B波片中再次分解并发生干涉形成奇偶信道光输出。A波片厚度决定位相差从而决定输出信道间隔。用两片光轴垂直或相同但不同材料的波片按一定的厚度组合代替波片A可消除输出频率间隔的温度漂移。基于双折射晶体的设计是实现商用化光交叉波分复用器的有效途径。     

一种新型密集波分复用滤波器的调谐特性分析

研究了一种新型模拟双折射结构DWDM滤波器的中心频率和带宽的可调谐特性.研究表明：当给定满足一定平坦化要求的光谱透射率所需的各模拟波片中偏振旋转器的旋转角时,通过模拟波片中楔形介质对的相对位移来调节光在各模拟波片中的光程差,同时保持光程差仍满足特定的比例关系,可实现中心频率及带宽的调谐.当光在各模拟波片中的光程差变化较小时,可实现中心频率的调谐,此时带宽的改变很小,可忽略不计；随着光程差变化的不断增大,带宽的改变则不能忽略.     

密集波分复用条件下的光轨网络串扰分析与仿真

光轨网络是一种能够利用成熟的光学器件实现带宽灵活分配和信息交换的新型网络.串扰是限制光轨网络的物理层性能及其扩展性的重要因素.本文讨论了典型的光轨网络节点中异频串扰和同频串扰的产生原因,理论分析了两者对光轨网络的物理层传输性能的影响.给出了3种串扰性能的评价方法.以密集波分复用技术为应用背景,分别搭建了器件隔离度为20dB和30dB的、具有3个节点5个波长且单波长速率为2.5Gbps的光轨网络,仿真了串扰在光轨网络中的传播过程,并计算了光轨网络的误码率、功率代价和相对串扰.理论分析和仿真结果表明:光滤波器、解复用器和复用器是光轨网络中串扰产生的关键器件,且提高器件的隔离度等性能对于提高光轨网络的传输性能会有较显著的效果;在密集波分复用条件下,串扰对单波长速率为2.5Gbps的光轨网络的误码率和功率代价具有显著的影响,从而限制了光轨网络实际可用的节点数目.     

密集波分复用条件下的光轨网络串扰分析与仿真

光轨网络是一种能够利用成熟的光学器件实现带宽灵活分配和信息交换的新型网络.串扰是限制光轨网络的物理层性能及其扩展性的重要因素.本文讨论了典型的光轨网络节点中异频串扰和同频串扰的产生原因,理论分析了两者对光轨网络的物理层传输性能的影响.给出了3种串扰性能的评价方法.以密集波分复用技术为应用背景,分别搭建了器件隔离度为20 dB和30 dB的、具有3个节点5个波长且单波长速率为2.5 Gbps的光轨网络,仿真了串扰在光轨网络中的传播过程,并计算了光轨网络的误码率、功率代价和相对串扰.理论分析和仿真结果表明:光滤波器、解复用器和复用器是光轨网络中串扰产生的关键器件,且提高器件的隔离度等性能对于提高光轨网络的传输性能会有较显著的效果;在密集波分复用条件下,串扰对单波长速率为2.5 Gbps的光轨网络的误码率和功率代价具有显著的影响,从而限制了光轨网络实际可用的节点数目.     

偏振模色散及非线性效应对40 Gbit/s密集波分复用系统的影响

高速率、大容量的密集波分复用系统是光纤通信系统的最终发展方向 ,单信道速率达到 4 0Gbit/s时 ,光纤的非线性效应、偏振模色散现象对系统的影响更加突出。在综合考虑群速度色散、自相位调制、交叉相位调制、四波混合、偏振模色散等因素的基础上 ,推导了密集波分复用系统中任意信道的耦合非线性薛定谔方程组。利用扩展的分步傅里叶方法对该方程进行了数值计算 ,通过对 8× 4 0Gbit/s密集波分复用系统的仿真 ,分别研究了非线性效应和偏振模色散对密集波分复用系统的影响。发现由于交叉相位调制和四波混合作用 ,多波长的密集波分复用系统比单波系统受非线性效应影响严重 ;系统受偏振模色散与非线性效应的影响程度与输入信号功率有关 ,在入射光单信道平均功率较低 0 .1mW时 ,偏振模色散是影响系统性能的主要因素 ;当入射光单信道平均功率较高1mW时 ,系统受非线性效应影响严重。而偏振模色散在使信号脉冲展宽的同时 ,类似于非零色散位移光纤中的微小色散 ,对非线性效应又有一定的抑制作用。