陣列波導光柵及其折射率傳感器的研究.pdf

1、作為密集波分復用（DWDM）光通訊網絡中的關鍵器件，陣列波導光柵（AWG）由于其具有波長間隔小、信道數(shù)多、輸出平坦、插入損耗小、串擾低、信號畸變小、誤碼率低、結構緊湊、利于集成、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，被用作波復用/解復用、光路分插復用、光交叉連接、波長路由及波長監(jiān)測等。這些優(yōu)良的性能使AWG波分復用器從種類繁多的同類器件中脫穎而出，且后來居上，有取代其他同類器件的趨勢。AWG器件的研究和制作相應地得到了迅速的發(fā)展，引起國內外許多研究者濃厚的興

2、趣并受到廣泛的重視，已經成為熱門的研究課題和新一代波分復用產品開發(fā)和應用的熱點。
　　 本論文主要對陣列波導光柵進行理論分析和結構設計，具體工作如下：
　　 1，論文介紹了陣列波導光柵的工作原理。分析了信號光在陣列波導光柵里的傳輸過程，得到了光波分別在陣列波導與輸入、輸出平板波導的界面，輸出平板波導焦平面上的光場分布，以及信道輸出響應的解析式。分析和討論了陣列波導光柵各信道的輸出響應并計算出各項性能指標，通過頻譜分析可以

3、較快地掃描出一組合適的結構參量，設計出具有良好性能的AWG。結果表明用解析方法比商用光束傳輸軟件（BPM）模擬要快得多，從而縮短了對AWG的優(yōu)化設計周期。
　　 2，由于相鄰陣列波導的基模場在波導外有一定的交疊，積分區(qū)間長度取得過大，交疊區(qū)域的能量會被重復計算。本文用積分計算輸入平板波導與每一陣列波導之間的光場耦合系數(shù)時，通過推導，引入一個因子，從而避免了光場耦合能量的重復計算，符合其實際的物理過程。
　　 3，本文設計

4、和研究了基于陣列波導光柵的高精度折射率傳感器。該傳感器利用陣列波導光柵的陣列波導區(qū)域對相位差敏感的特性，通過在陣列波導區(qū)域挖槽來測量通過溝槽的液體的折射率變化。由于陣列波導之間的相位差變化會導致輸出波導的輸入面的最大光強位置的變化，所以通過入射窄帶光源并計算其中兩個輸出波導的功率比的變化，就可以得到實時的折射率變化。利用傅里葉光學和光波動理論的方法建立數(shù)學模型，經過綜合考慮各種因素，設計了合理的參數(shù)。最后通過擬合得到折射率變化和光功率比

5、的解析式。這種方法能夠有效地消除儀器的不穩(wěn)定性、內部損耗和環(huán)境影響帶來的測量誤差，提高測量精度。
　　 4，本文對一種新型結構的陣列波導光柵（AWG）進行分析，該陣列波導光柵具有非彎曲的陣列波導，使用兩個漸變的折射率平板波導（GISLAB）分別作為陣列波導光柵的輸入與輸出。該器件在制備粗波分復用器件（CWDM）時可有效減小器件尺寸。本文利用傅里葉光學和波動光學理論建立數(shù)學模型，設計了非對稱結構的AWG，其背景噪音比對稱結構的AW