陣列波導(dǎo)光柵及其折射率傳感器的研究.pdf

1、作為密集波分復(fù)用（DWDM）光通訊網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵器件，陣列波導(dǎo)光柵（AWG）由于其具有波長(zhǎng)間隔小、信道數(shù)多、輸出平坦、插入損耗小、串?dāng)_低、信號(hào)畸變小、誤碼率低、結(jié)構(gòu)緊湊、利于集成、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，被用作波復(fù)用/解復(fù)用、光路分插復(fù)用、光交叉連接、波長(zhǎng)路由及波長(zhǎng)監(jiān)測(cè)等。這些優(yōu)良的性能使AWG波分復(fù)用器從種類(lèi)繁多的同類(lèi)器件中脫穎而出，且后來(lái)居上，有取代其他同類(lèi)器件的趨勢(shì)。AWG器件的研究和制作相應(yīng)地得到了迅速的發(fā)展，引起國(guó)內(nèi)外許多研究者濃厚的興

2、趣并受到廣泛的重視，已經(jīng)成為熱門(mén)的研究課題和新一代波分復(fù)用產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。
　　 本論文主要對(duì)陣列波導(dǎo)光柵進(jìn)行理論分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具體工作如下：
　　 1，論文介紹了陣列波導(dǎo)光柵的工作原理。分析了信號(hào)光在陣列波導(dǎo)光柵里的傳輸過(guò)程，得到了光波分別在陣列波導(dǎo)與輸入、輸出平板波導(dǎo)的界面，輸出平板波導(dǎo)焦平面上的光場(chǎng)分布，以及信道輸出響應(yīng)的解析式。分析和討論了陣列波導(dǎo)光柵各信道的輸出響應(yīng)并計(jì)算出各項(xiàng)性能指標(biāo)，通過(guò)頻譜分析可以

3、較快地掃描出一組合適的結(jié)構(gòu)參量，設(shè)計(jì)出具有良好性能的AWG。結(jié)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(duì)AWG的優(yōu)化設(shè)計(jì)周期。
　　 2，由于相鄰陣列波導(dǎo)的基模場(chǎng)在波導(dǎo)外有一定的交疊，積分區(qū)間長(zhǎng)度取得過(guò)大，交疊區(qū)域的能量會(huì)被重復(fù)計(jì)算。本文用積分計(jì)算輸入平板波導(dǎo)與每一陣列波導(dǎo)之間的光場(chǎng)耦合系數(shù)時(shí)，通過(guò)推導(dǎo)，引入一個(gè)因子，從而避免了光場(chǎng)耦合能量的重復(fù)計(jì)算，符合其實(shí)際的物理過(guò)程。
　　 3，本文設(shè)計(jì)

4、和研究了基于陣列波導(dǎo)光柵的高精度折射率傳感器。該傳感器利用陣列波導(dǎo)光柵的陣列波導(dǎo)區(qū)域?qū)ο辔徊蠲舾械奶匦裕ㄟ^(guò)在陣列波導(dǎo)區(qū)域挖槽來(lái)測(cè)量通過(guò)溝槽的液體的折射率變化。由于陣列波導(dǎo)之間的相位差變化會(huì)導(dǎo)致輸出波導(dǎo)的輸入面的最大光強(qiáng)位置的變化，所以通過(guò)入射窄帶光源并計(jì)算其中兩個(gè)輸出波導(dǎo)的功率比的變化，就可以得到實(shí)時(shí)的折射率變化。利用傅里葉光學(xué)和光波動(dòng)理論的方法建立數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過(guò)綜合考慮各種因素，設(shè)計(jì)了合理的參數(shù)。最后通過(guò)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(nèi)部損耗和環(huán)境影響帶來(lái)的測(cè)量誤差，提高測(cè)量精度。
　　 4，本文對(duì)一種新型結(jié)構(gòu)的陣列波導(dǎo)光柵（AWG）進(jìn)行分析，該陣列波導(dǎo)光柵具有非彎曲的陣列波導(dǎo)，使用兩個(gè)漸變的折射率平板波導(dǎo)（GISLAB）分別作為陣列波導(dǎo)光柵的輸入與輸出。該器件在制備粗波分復(fù)用器件（CWDM）時(shí)可有效減小器件尺寸。本文利用傅里葉光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)理論建立數(shù)學(xué)模型，設(shè)計(jì)了非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的AWG，其背景噪音比對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的AW