陣列波導器件的模場耦合與對準方法研究.pdf

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

2、列波導器件是支撐21世紀光纖通信高速發(fā)展的核心光電子器件。陣列波導器件的耦合封裝是利用全空間6自由度的運動平臺，將波導芯片與輸入、輸出陣列光纖進行光學對準耦合并固接，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、多通道的光學對準，任一通道的對準精度不足都將導致陣列波導器件信號傳輸或轉(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、列波導器件的耦合封裝融合了導波光學、集成光學、控制科學、微細加工、材料科學的相關(guān)理論和前沿技術(shù)，是陣列波導器件制造的關(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。論文圍繞陣列波導器件的模場耦合理論、空間姿態(tài)檢測與姿態(tài)對準技術(shù)、陣列波導器件多通道模場耦合技術(shù)以及其對準精度展開研究，主要研究內(nèi)容和相應的結(jié)論如下：(1)基于電磁學波動方程和弱導條件研究了光纖和矩形波導的基模條件、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)陣列波導器件耦合封裝的前提條件?；跈C構(gòu)運動學D—H方程研究了陣列波導器件六維對準平臺各運動機構(gòu)與末端夾具位姿的對應關(guān)系，建立了六維對準平臺的空間位姿運動方程；研究了旋轉(zhuǎn)運動導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，為陣列波導器件模場耦合的空間位姿調(diào)整以及對準平臺的優(yōu)化設(shè)計提供理論指導。(3)耦合界面的空間姿態(tài)對準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)對準的閉環(huán)控制