陣列波導(dǎo)器件的模場耦合與對準(zhǔn)方法研究.pdf

1、中圖分類號UDC621博士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q三33密級公玨陣列波導(dǎo)器件的模場耦合與對準(zhǔn)方法研究Researchonmodefieldcouplingandalignmentmethodsofarraywaveguidedevices作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：副指導(dǎo)教師：陽波機械工程信息器件制造機電工程學(xué)院段吉安答辯委員會主席中南大學(xué)2012年09月舊扣一2，、’陣列波導(dǎo)器件的模場耦合與對準(zhǔn)方法研究摘要：陣

2、列波導(dǎo)器件是支撐21世紀(jì)光纖通信高速發(fā)展的核心光電子器件。陣列波導(dǎo)器件的耦合封裝是利用全空間6自由度的運動平臺，將波導(dǎo)芯片與輸入、輸出陣列光纖進行光學(xué)對準(zhǔn)耦合并固接，獲得器件完整功能的制造過程。一方面，陣列波導(dǎo)器件的耦合封裝是亞微米級定位精度、全空間、多通道的光學(xué)對準(zhǔn)，任一通道的對準(zhǔn)精度不足都將導(dǎo)致陣列波導(dǎo)器件信號傳輸或轉(zhuǎn)換功能喪失，使得整個器件成為廢品；另一方面，結(jié)合面固接強度與應(yīng)力分布直接決定了耦合界面的附加微位移和器件的可靠性。陣

3、列波導(dǎo)器件的耦合封裝融合了導(dǎo)波光學(xué)、集成光學(xué)、控制科學(xué)、微細(xì)加工、材料科學(xué)的相關(guān)理論和前沿技術(shù)，是陣列波導(dǎo)器件制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，成為制約集成光電子器件高速發(fā)展的技術(shù)瓶頸。論文圍繞陣列波導(dǎo)器件的模場耦合理論、空間姿態(tài)檢測與姿態(tài)對準(zhǔn)技術(shù)、陣列波導(dǎo)器件多通道模場耦合技術(shù)以及其對準(zhǔn)精度展開研究，主要研究內(nèi)容和相應(yīng)的結(jié)論如下：(1)基于電磁學(xué)波動方程和弱導(dǎo)條件研究了光纖和矩形波導(dǎo)的基模條件、模場分布近似誤差和空間位錯的模場耦合規(guī)律，分析了波長影

4、響模場耦合損耗的規(guī)律，建立了模場耦合的波長相關(guān)性模型。模場耦合的波長相關(guān)性研究及其有限差分光束傳輸仿真實驗表明，空間位錯(軸間偏移、軸向間隙和軸間傾斜)是影響模場耦合損耗的主要原因，且波長影響耦合損耗的大小。(2)耦合組件之間的空間位姿運動是實現(xiàn)陣列波導(dǎo)器件耦合封裝的前提條件。基于機構(gòu)運動學(xué)D—H方程研究了陣列波導(dǎo)器件六維對準(zhǔn)平臺各運動機構(gòu)與末端夾具位姿的對應(yīng)關(guān)系，建立了六維對準(zhǔn)平臺的空間位姿運動方程；研究了旋轉(zhuǎn)運動導(dǎo)致末端夾具偏移的規(guī)

5、律，提出了保持末端夾具位置不動的旋轉(zhuǎn)控制方程和維持平臺旋轉(zhuǎn)同心的D—H條件，為陣列波導(dǎo)器件模場耦合的空間位姿調(diào)整以及對準(zhǔn)平臺的優(yōu)化設(shè)計提供理論指導(dǎo)。(3)耦合界面的空間姿態(tài)對準(zhǔn)是減少軸間傾斜和軸向間隙的重要方法。通過分析二維平面矢量與三維立體矢量的空間幾何關(guān)系，建立了雙目正交成像的三維坐標(biāo)系重構(gòu)模型，提出了兩種極角檢測誤差小于OOl度的直線檢測算法，實現(xiàn)了陣列波導(dǎo)器件三維姿態(tài)的自動檢測；以姿態(tài)檢測為反饋，提出了耦合界面姿態(tài)對準(zhǔn)的閉環(huán)控制