大范圍波長(zhǎng)可調(diào)的聚合物波導(dǎo)布拉格光柵的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、本文開(kāi)展了對(duì)1550nm光通信波段的聚合物波導(dǎo)布拉格光柵的研究。波導(dǎo)布拉格光柵通過(guò)傳輸模式之間的耦合實(shí)現(xiàn)對(duì)入射波的反射，是集成光學(xué)領(lǐng)域中重要光子器件之一。
　　波導(dǎo)布拉格光柵可分為起伏型結(jié)構(gòu)及折射率調(diào)制型結(jié)構(gòu)兩種。本文首先針對(duì)側(cè)壁起伏型的布拉格光柵結(jié)構(gòu)，利用有效折射率法、耦合模理論及傳輸矩陣法等方法設(shè)計(jì)了三階聚合物波導(dǎo)光柵，并對(duì)光柵參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，主要內(nèi)容包括：確定矩形波導(dǎo)的單模傳輸下尺寸；研究相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)波導(dǎo)光柵傳輸特性的影響

2、；利用切趾技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)光柵旁瓣的抑制；探究該聚合物波導(dǎo)光柵的偏振相關(guān)性。
　　其次結(jié)合聚合物材料優(yōu)良的熱光特性，實(shí)現(xiàn)了波導(dǎo)布拉格光柵中心波長(zhǎng)可調(diào)。進(jìn)一步，為了改善調(diào)諧特性，提出如下結(jié)構(gòu)改進(jìn)：首先，優(yōu)化了熱電極位置，提高芯層及其附近區(qū)域受熱效率；其次，提出在芯層兩側(cè)設(shè)置對(duì)稱(chēng)空氣溝槽的方案，將熱電極能量限制在波導(dǎo)芯層及其附近區(qū)域，提高了其受熱均勻性。與傳統(tǒng)的熱光器件結(jié)構(gòu)相比，最終設(shè)計(jì)的波導(dǎo)布拉格光柵具有強(qiáng)受熱性、高熱均勻性和低熱串?dāng)_性，

3、從而提升了波長(zhǎng)調(diào)諧靈敏度，實(shí)現(xiàn)大范圍的波長(zhǎng)可調(diào)。
　　最后針對(duì)光子器件的數(shù)值計(jì)算方法，建立了一種基于小波基的時(shí)域有限差分法，并實(shí)現(xiàn)并行化運(yùn)算。相較于傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)域有限差分法，該方法具有更好的數(shù)值色散特性，允許在計(jì)算中采用較大的空間網(wǎng)格分辨率，因此顯著減少內(nèi)存的使用，而并行化計(jì)算則大大減少了運(yùn)算時(shí)間。進(jìn)一步，分析了在并行計(jì)算環(huán)境下影響運(yùn)算效率的主要因素；為了估計(jì)模擬所需運(yùn)算時(shí)間，建立了一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算時(shí)間模型，時(shí)間模型的擬合結(jié)果與實(shí)際