一、Low-Loss Fiber De-Multiplexers（论文文献综述）
芈月安[1]（2021）在《基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究》文中提出在现如今高速发展的现代化通信时代,模分复用通信系统的出现大大缓解了通信容量供不应求的压力。以光纤中的模式作为传输信道的模分复用通信系统可以成倍地提高光纤通信的传输容量。它为我们跨入超高速、超大容量的新的信息化通信时代提供了可能。模式激励和模式转换技术是模分复用系统中的关键技术,也是近些年人们研究的热点课题。作为模分复用系统中核心器件的模式转换器近年来的报道种类繁多,其中基于光纤光栅的模式转换器由于具有高效率、低损耗、操作灵活等众多优点而备受研究者们的青睐。当前光纤光栅模式转换器的研究报道主要集中于线偏振模式转换,关于矢量模式转换的报道很少。而光纤中的矢量模式在新型光纤激光器、光纤中OAM模式的生成与复用传输、矢量模式模分复用等领域都有着广泛的应用。矢量模式广阔的应用前景使得人们对于光纤中矢量模式获取技术的需求越来越迫切。在此研究背景下,本文提出了一系列基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换方法。利用具有矢量模式分离特性的特种光纤的光栅器件可以作为一种高效的矢量模式转换器。它在模分复用通信系统以及与光纤中矢量模式相关的众多领域都有着潜在的应用价值和广阔的应用前景。本文主要的创新点和研究成果总结如下:1.提出了一种在空芯光纤中写入倾斜布拉格光栅的矢量模式转换的方法。分析了空芯光纤中的矢量模式传输特性,结果表明此光纤能够支持前四个矢量模式的传输,并且具有能够使矢量模式简并分离的特性。研究了倾斜空芯光纤布拉格光栅的矢量模式转换特性。结果显示当=2°时具有最高的转换效率。2.对比研究了非对称阶跃型和非对称涡旋光纤布拉格光栅的矢量模式耦合特性。分析了相位匹配条件、衰减系数和光栅调制深度对反射特性的影响。结果表明当衰减系数α=0.5μm-1,0.3μm-1时,在非对称阶跃型和非对称涡旋型光纤布拉格光栅中的矢量模式分别获得了最高的转换效率。研究了自制非对称涡旋光纤布拉格光栅的模式转换特性,验证了理论与实验结果的一致性。3.提出了一种在环芯光纤中写入倾斜非对称布拉格光栅的矢量模式转换方法。重点分析了倾斜角度与非对称衰减系数共同作用下反射特性的演化规律。研究表明当衰减系数=0μm-1,=2°时,即对应于倾斜布拉格光纤光栅的情况下,高阶矢量模式具有最高的反射峰值。4.研究了在不同激励矢量模式下,倾斜环芯光纤布拉格光栅的矢量模式耦合特性。重点研究了在不同激励矢量模式下的相位匹配特性,研究显示激励与输出模式间的反射率与谐振波长均呈现出可逆性关系。另外,单偏振的激励模式只能转换为同类单偏振的矢量模式,并且在一些特定的倾斜角度处,可以获得高转换效率或高纯度的矢量模式。5.提出了采用涡旋光纤的倾斜长周期光栅,以及在反抛物型渐变折射率光纤中写入机械微弯长周期光栅的两种矢量模式转换器。主要分析了光栅周期的选取方法、相位匹配特性、倾斜角度、光栅调制深度、微弯振幅对透射谱及耦合系数的影响。研究结果表明,当=83.5°,84°,88°时,倾斜长周期光栅的TM01、HE21和TE01的透射峰值分别达到最大值。当微弯振幅mmax=1.5μm时,机械微弯长周期光栅的高阶矢量模式具有最高的转换效率。
许弘楠[2]（2021）在《面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究》文中研究指明伴随着微电子技术的快速发展与数据处理需求的爆发性增长,芯片互联与数据中心通信正面临着日益严重的传输带宽瓶颈。基于多维复用的新型光互联技术则通过结合波长、偏振、模式等多个维度,提供了一种可行的解决方案。硅基集成光子器件凭借其紧凑的器件尺寸、极低的工作能耗与成熟的加工工艺,被广泛视作构建基于多维复用光互联系统的最佳平台之一。近年来,包括亚波长光栅、超材料、超光栅在内的硅基亚波长结构逐渐兴起,并被应用于波长、偏振、模式等光子特性的精确调控。本文涉及的主要工作是,通过结合硅基亚波长结构与硅基集成光子学,实现一系列具有低损耗、低串扰、大带宽,并可用于片上、片间及空间多维复用的硅基集成光子器件。我们首先讨论了在硅基集成光子器件的仿真、加工与测试方法,并在此基础上,依次对偏振维度、模式维度、波长维度调控以及空间多维光通信中涉及的几类关键器件进行研究。针对偏振维度调控,我们利用硅基亚波长光栅的各向异性与色散特性,提出三类高性能偏振调控器件,即硅基偏振分束器、硅基起偏器与硅基偏振旋转器。对于硅基偏振分束器,我们提出一种基于亚波长光栅异质结的新颖结构。通过拼接光轴取向正交的亚波长光栅,构造了一种具有显着各向异性的耦合器结构,从而有效地分离了输入的正交偏振态。这一器件可以实现215nm以上的工作带宽。对于硅基起偏器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/弯曲波导混合结构。通过结构参数优化,可以使得亚波长光栅对TE、TM偏振态产生显着的等效折射率差,从而有效地增强弯曲损耗的偏振相关性,从而保证输入光中的TM分量被完全滤除。这一器件可以在415 nm以上的光学带宽范围内保证低插入损耗与高偏振消光比。对于硅基偏振旋转器,我们提出一种新颖的亚波长光栅/缺角波导混合结构。我们将传统缺角波导中的缺角部分替换为亚波长光栅,利用亚波长光栅的异常色散特性,消除了偏振转化长度的波长相关性,从而实现了 415 nm以上的超大光学带宽。针对模式维度调控,我们利用亚波长光栅与超材料的折射率调控特性,提出三类高性能多模传输相关器件,即硅基多模波导弯曲结构、硅基多模波导交叉结构与硅基多模波导功分器。对于多模弯曲传输,我们提出一种新颖的渐变折射率模式转换器,将输入的直波导模式完全转化为相应的弯曲波导模式。我们实验验证了半径30μm以下的4模式弯曲传输,实验测得1.5 dB以下的插入损耗与-20 dB以下的模间串扰。对于多模交叉传输,我们提出一种新颖的Maxwell鱼眼透镜结构,并利用其共轭成像特性将任意高阶模式无损地传输至对侧。我们实验验证了基于这一结构的2模式交叉传输,实验测得插入损耗仅为0.28 dB,同时串扰低于-20 dB。对于多模分束传输,我们提出一种新颖的等效介质分束镜结构,通过调控亚波长光栅的等效折射率,将特定比例的入射光反射至输出端口,从而实现低损耗、低串扰的多模分束传输,并且具有415 nm以上的超大光学带宽。针对波长维度调控,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅滤波器。利用波导内部的干涉相消效应,消除Bragg谐振态的横向衍射损耗,从而产生具有高品质因子的准束缚态。我们实验验证了临界波导宽度附近准束缚态的建立过程,并且利用这一机制构造了Q值5000以上、自由光谱范围100 nm以上的窄线宽滤波器。针对空间多维光通信,我们提出一种基于连续区束缚态的硅基超光栅光学天线。利用不同衍射通道之间的干涉相消效应,有效抑制了光栅天线的衍射强度,并实现了平坦的衍射强度光谱。实验测得衍射强度仅为3.3×10-3 dB/μm,对应0.027°以下的超小远场发散角。最后,我们总结了本文中的主要工作,并对未来的研究方向进行了展望。
宫喜宇[3]（2021）在《基于多平面光转换的模式复用/解复用器的研究》文中研究表明随着信息网络的快速发展,对于高带宽、大容量的通信网络的需求越来越迫切。然而常规单模光纤的最大容量几乎已达到其物理极限,空分复用作为一个全新的维度,能够使信道的传输容量得到较大的提升。空分复用中的模分复用技术可通过少模光纤中的各个模式独立地传输信息,从而成倍地提高单根光纤的传输容量。模式复用/解复用器可实现模式转换和复用,是模分复用的关键器件。其中基于多平面光转换（MultiPlane Light Conversion,MPLC）的模式复用/解复用器具有重构性强,插入损耗低和串扰低等优点,并且可以同时实现上百个模式的转换和复用,降低了模分复用系统总体的复杂程度。面对大气湍流下的弥散光斑（多个横模组合）,基于MPLC的模式解复用器可将多个横模组合进行分集接收,从而有效提高空间光到单模光纤的耦合效率以及抗大气湍流抖动能力。为此面向大气激光通信的应用,论文研究了基于MPLC的模式复用/解复用器的基本原理,设计仿真模型,并对基于MPLC的空间光到单模光纤的耦合性能进行理论推导、仿真分析以及实验研究。具体研究内容如下:1、论文整理了模式复用/解复用器的国内外研究现状,特别是基于MPLC的模式复用/解复用器的器件设计以及应用方面的国内外研究进展,总结了MPLC的设计和应用的发展趋势。2、研究了模式转换和复用的基本理论,包括空间光束传播理论、透镜的位相调制和傅里叶变换性质以及多平面光转换的基本原理;研究了高斯光束和厄米特-高斯光束的光场分布,以及基于MPLC的波前匹配算法的原理,并针对上述原理完成了算法设计以及代码编写。3、基于编写的算法建立了MPLC的三模式复用/解复用器的仿真模型,仿真研究了每个相位片上的相位掩码和通过相位片后的光场分布,同时分析了MPLC的插入损耗、模式相关损耗和串扰;然后仿真分析了波长、相位片数量和间距等因素对MPLC的性能影响,结果表明:随着增加相位片数量,光束转换更平滑,减少了能量的损失。4、建立了理想情况下空间光到光纤的耦合效率仿真模型,以单模光纤和三模光纤为例,分析了不同光斑尺寸对空间光到光纤耦合效率的影响;建立了基于功率谱反演法和Zernike多项式展开法的大气湍流仿真模型,利用随机相位屏模拟大气湍流。在耦合效率模型和大气湍流模型基础上仿真研究了基于MPLC模式解复用的大气湍流下空间光到单模光纤分集接收,MPLC空间模式分集转换的耦合性能均优于空间光到单模和三模光纤的直接耦合效率。5、设计了空间光调制器的光场调制实验,研究了空间光调制器对输入光场空间分布的调制特性;然后设计了基于MPLC三模式解复用的空间光到单模光纤的耦合性能实验,利用自制湍流片模拟大气湍流,实验研究了MPLC使用3个和5个相位掩码进行解复用的光斑轮廓和光功率抖动情况,以及解复用的光束的耦合效率。实验结果表明5个相位掩码的光斑轮廓较为完整,光功率抖动较小。最后设计了空间光直接到单模和三模光纤的耦合效率实验。相比于空间光直接到单模和三模光纤的耦合,基于MPLC三模式解复用的空间光到单模光纤的耦合效率分别提升31.52%和31.45%。基于MPLC模式解复用的空间光到单模光纤的耦合性能仿真分析和实验研究结果,为提高大气激光通信中空间光到光纤的耦合效率提供技术选择。
张艺赢[4]（2021）在《短距离模分复用通信系统中新型少模光纤研究》文中进行了进一步梳理近年来,随着大数据、云计算、虚拟现实等新兴业务的快速发展,短距离光纤通信的容量负荷也在逐年上升,采用模分复用技术提升传输容量是有潜力的解决方案。在短距离模分复用系统中,为解决模式耦合导致的模式信道串扰问题,多于接收端采用多入多出数字信号处理进行均衡,这一方式会使得系统复杂度上升,成本难以负担。因此,产生了应用弱耦合少模光纤以简化或去除接收端复杂均衡模块的方案,该方案能在保证系统容量的同时降低系统成本。弱耦合少模光纤已成为短距离模分复用系统的核心组成部分。目前应用于模分复用系统的光纤存在模式信道数较少、传输距离较近、模间耦合较强等缺陷。针对以上问题,本论文对用于短距离模分复用系统的新型少模光纤进行了研究,分别提出了具有弱耦合、低弯曲损耗、大模场有效面积等多种优势的新型全反射型及光子带隙型少模光纤,能够有效提升系统传输容量、降低模式信道串扰,从而保证短距离传输的稳定性,降低系统复杂度。本文的主要工作如下:一、全反射型弱耦合少模光纤研究对弱耦合的全反射型少模光纤进行了研究,针对其模式间耦合较大、支持模式数较少,非线性抑制不够理想的问题,设计优化了支持4模式传输的弱耦合阶跃型圆芯少模光纤,该光纤可工作在C波段1550 nm附近,模场有效面积可以达到180 μm2以上,相邻传播模式间最小有效折射率差（Mode Effective Index Difference,Δneff）≈0.00055;兼顾了双包层 W 型光纤与 M 型光纤的理论优势,提出沟槽辅助M型光纤结构,并对工作在O波段,支持5模式的沟槽辅助M型光纤进行了优化。该光纤在兼顾模式数量的同时,可达到超过200m2的大模场有效面积以及较好的抗弯曲性能。该光纤能够实现模式间Δneff超过0.001的弱模式耦合,因此可简化模分复用系统中接收端的多入多出均衡模块,有效降低短距离通信系统的复杂度。二、弱耦合的色散平坦少模光子晶体光纤研究对用于短距离模分复用传输的光子带隙型光子晶体光纤进行了理论研究,利用其高双折射、可控的色度色散与极高的非线性,提出了一种色散平坦弱耦合光子晶体光纤结构,并对其进行了几何参数优化。该光纤具有最大模间Δneff超过9.0×10-3的极弱模式耦合,并可支持10个矢量模式,提升了对矢量模式的利用率。由于采用了有利于色散平坦的设计,该光纤能够达到C波段上10个模式的色散平坦,有应用于波分-模分混合复用的大容量短距离通信系统的潜力。三、弱耦合的光子带隙型少模布拉格光纤研究对弱耦合的光子带隙型布拉格光纤进行了研究,探究了一维光子晶体波导用于模分复用通信的可能性。并提出了两种支持矢量模式传输,能够有效提升模式利用率的少模布拉格光纤结构,对其光子能带和损耗性能进行了理论与数值分析:提出了能够在O+C+L宽波段工作的全固体椭圆芯布拉格光纤,该光纤能支持10个矢量模式,具有超过4×10-4的大模间Δneff、较小的束缚损耗与极低的弯曲损耗;结合同轴光纤的优势,研究并设计了弱耦合的空心同轴布拉格光纤,该光纤在C波段上的矢量模式数可提升到16个,具有极高的光纤容量与对矢量模式利用率,为一维光子晶体光纤应用于短距离模分复用传输提供了思路。四、模分复用无源光网络基础传输验证基于所设计的弱耦合阶跃型圆芯少模光纤及全光纤的模分复用/解复用器件,在无源光网络中实现了传输系统验证,并对接收端串扰来源进行了分析。在接收端测量了不同模式信道的传输功率,该系统中模式耦合导致的接收端模式串扰小于13dB;对误码率及眼图进行了测量,经过12 km的少模传输后,LP01、LP11、LP21三种模式的接收机灵敏度分别为-30.1 dBm、-28.8 dBm、-27.9 dBm左右。由于应用了弱耦合光纤,该系统中可以去除接收端多入多出均衡模块,为弱耦合光纤在短距离传输中提供了可行性。
刘大建[5]（2021）在《高性能硅光滤波器及其应用研究》文中提出当前,新一轮科技革命和产业变革在全球持续深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。硅基光电子芯片凭借其CMOS兼容、低成本、小尺寸等独特优势,而备受关注。硅光滤波器是其最重要的元件之一,作为关键器件在波分复用和光谱传感等领域被广泛应用。本文围绕高性能硅光滤波器及其应用为主题开展研究。本文首先介绍了集成光学的发展、硅光的优势及其在光通信、光传感等领域的典型应用。之后,本文概述了硅光滤波器的研究现状和发展需求,并对片上硅波导单元器件的仿真设计和测试流程及装置做了简要介绍。其次,本文针对如何获得超大自由频谱范围（FSR）的微环（MRR）滤波器做了深入研究。首先,本文提出了基于多模弯曲波导和弯曲耦合结构的单环滤波器,引入多模弯曲波导以降低弯曲损耗,并优化弯曲耦合结构以调控模式,实现的亚微米尺寸微环滤波器FSR高达93nm,是迄今为止报道的最大值。在此基础上,还进一步提出了基于高阶绝热渐变椭圆环（AEM）的高阶环滤波器,通过引入宽度和曲率均绝热渐变的椭圆环以实现超紧凑微腔,引入弯曲耦合结构以获得所需耦合,实验表明该高阶环滤波器FSR达37nm,为目前报道的高阶MRR的最大纪录。第三,基于多模波导光栅（MWG）,本文研制了两种新型硅光滤波器。首先,针对新通信窗口、重要传感波段—2μm波段,本文首次提出并实现了基于MWG的插分型滤波器,验证的2μm硅光滤波器具有低损耗（～1dB）、高边模抑制比（>20dB）、带宽灵活可调（6～26nm）等优异性能。另外,还提出了一种基于双光栅的偏振不敏感滤波器,该滤波器由一个双偏振模式解复用器和双光栅（包括三角形MWG和矩形MWG）组成,通过巧妙的结构设计和偏振调控以实现偏振不敏感特性,并引入特殊的三角形MWG以减少反射并抑制FP共振,实现了带宽～10nm、FSR不限的偏振不敏感滤波器。第四,基于级联MWG结构,通过调控各MWG光谱特性,本文研制了多种多通道波分复用器,包括四通道粗波分复用器（CWDM）、单纤三向复用器（Triplexer）和单纤四向复用器（Quadplexer）。利用MWG滤波器光谱调控的极高灵活性和扩展性,实现了各类复用器波长、带宽各异的要求;采用切趾技术以降低串扰,并引入了渐变光栅和弯曲波导来抑制FP共振以进一步降低串扰。实验结果表明,各复用器均获得了低损耗、低串扰和平坦响应的高性能特性,且均符合国际标准要求。特别地,对于Quadplexer稀疏的通道波长和不均匀的带宽要求,在其它波导结构滤波器难以实现的情况下,本文多波长、多通道协同设计优化了 MWG的结构及光谱特性,首次在片上实现了高性能Quadplexer。总而言之,在高性能硅光滤波器及其应用方面,本文对基于MRR和MWG的滤波器做了深入且系统的研究,并成功研制了多种高性能的硅光滤波器,为今后大规模的硅光链路系统的集成提供了重要的基石。
卫怡晖[6]（2021）在《硅基模式复用器件研究》文中研究表明当前大数据时代的通信流量不断攀升,各种智能设备和互联网服务越来越普及,电信网络、数据中心、高性能计算等场景对数据的传输容量不断提出更高的要求。作为主流的集成光学研究平台,硅基光电子平台具有CMOS兼容性、低损耗、结构紧凑等优势,可以实现各种功能光电子器件的整合,为传统微电子学的数据容量增长瓶颈提供了解决方案。在硅基平台上,研究人员正发展出多种复用技术,以充分发掘光载波的信号承载力,大大提升单个物理通道中的信道数目,进一步扩大片上光互联的传输容量。在这种背景下,模式复用作为空分复用技术的一种,近年来受到了很多关注和发展。然而关于模式复用仍有许多问题需要解决,一方面,硅基平台的高折射率差导致波导模式对尺寸的敏感性高,实现多通道、高性能、大带宽、工艺容差大的模式复用器很有难度;另一方面,关于集合多种复用技术的多维复用系统方面,相关展示有限并且通道数目仍然不够可观;另外,可以灵活路由模式通道的光网络只有有限的研究,并且网络架构通常比较复杂,功率消耗也很大。因此,本文主要针对这些需求和问题开展了一些研究工作。首先我们尝试对模式、偏振、波长三个复用维度进行整合,采用一种完善的系统架构方式,基于较为稳健的各组件设计方案,包括10通道的绝热演化耦合器的模式复用器、8通道的偏振敏感级联环滤波器,以及偏振控制器件,搭建并实现了一个80通道的多维解复用系统。实验上制作的多维解复用系统具有较低的串扰（-12dB～21dB）和损耗（1.8dB～5dB）,这是目前报道的通道数最多的多维复用系统。关于模式通道的灵活路由问题,我们在硅基平台上引入了光学相变材料,提出和设计了一种可重构分插模式复用器。系统以简单的结构和紧凑的大小,有效实现了三模式系统中模式通道的选择性上/下载,器件具有非易失特性,无需持续的功率注入,可以大大降低可重构系统的能量消耗。设计的器件性能良好,在所有通道和所有状态下,1505-1585nm共80nm带宽内,具有1dB以内的损耗和-20dB以下的串扰。这种设计为未来构建可重构多模光子回路提供了可行的思路。最后,针对模式复用器本身,为了从设计角度优化其性能稳健性,我们对常见的模式复用器结构进行了非常详细的分析,包括很少有文献报道的复用-解复用系统分析,明确了两种复用器结构的限制因素。在此基础上,我们提出了两种新型的设计结构和改进思路,一种是引入亚波长光栅结构调控模式的折射率曲线,理论上证明了,TE模式复用器可以在保持紧凑尺寸的同时,宽度误差下的损耗水平降低一个数量级;另一种改进是对于不同偏振模式采用各自的设计结构,尽量抑制双偏振模式复用器的偏振转化问题。这些分析和思路对于理解和优化模式复用器具有梳理和启发作用,对进一步将模式复用器推向实用是非常有意义的。
王依[7]（2021）在《硅基片上基模与高阶模传输特性及器件研究》文中研究说明近年来,多模硅基光子学成为硅基片上集成领域中新兴的研究方向,其通过打破传统单模条件约束,在基模的基础上引入高阶模式构建基模-高阶模融合的光波导器件,从而一方面可以扩展模式数量以提升通信容量,另一方面通过调控高阶模式可以增加器件设计的灵活度和自由度。目前主要研究领域包括发展满足模式复用光互联系统的关键器件以及利用多模波导或高阶模式结合新型器件结构设计,从而实现性能优越、功能独特的的光子集成器件。本文在支持基模与高阶模传输的硅基片上集成器件方面进行了一系列深入的研究工作,主要设计并验证了支持基模与高阶模低损耗、低串扰传输的多模弯曲波导,设计了同时支持双偏振工作的多模弯曲波导,以及设计并验证了利用多模波导传输基模的低损耗波导结构。首先,针对在传统多模弯曲波导和直波导相接处,由于两者折射率分布不同会发生模式失配,引入模间串扰的问题,本文创新性地提出通过引入反射镜结构替换传统的弯曲结构,从而避免传统弯曲波导设计中模式失配的问题。所设计的结构满足基模与高阶模在超大带宽范围内（1260nm-1680nm）超低损耗、超低串扰传输的需求,如:对于波导宽度为7μm的结构,在1260nm到1680nm的带宽范围内,TE0和TE1模式插入损耗小于0.18dB,模间串扰小于-36dB,同时该设计极为简便、工艺容差大且极具模式数目上的扩展性。第二,针对基于模式复用和偏振复用形成的混合复用系统应用领域,本文首次提出了支持双偏振工作的多模弯曲波导,此设计基于欧拉弯曲和亚波长光栅结构,能够在1500 nm-1600 nm工作带宽内支持六个模式在其中低损耗、低串扰地传输,这六个模式彼此间的模间串扰在这100nm的带宽范围内均小于-26.5 dB,而在工作波长为1550nm处对应的模间串扰均小于-30 dB。对于同样尺寸大小（Reff=10 μm）的普通弯曲波导而言,在相同工作波段下,其模间串扰会达到-8.4 dB。第三,本文基于散射损耗随着条形硅波导宽度增大而减小的原理,提出并验证了一种支持基模低损耗传输的超紧凑硅基多模螺旋波导结构,从而实现了超低损耗硅光波导传输。在设计过程中本文通过优化波导宽度、多模螺旋波导的曲率变化情况等参数,使基模在多模螺旋波导中保持低损耗传输的同时,也不会激发出高阶模式,且整个波导结构的尺寸也十分紧凑。实验结果证明,针对芯层高度为220nm的条形硅波导,其在工作波段1525 nm到 1585 nm范围内的平均波导损耗为0.41 dB/cm,且当多模螺旋波导总长为3.33 cm时,对应的结构尺寸仅为0.42 mm ×0.42 mm。最后,总结了全文的主要工作内容,并对各项工作的后续研究进行了展望。
陈成[8]（2020）在《光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究》文中研究指明随着数据业务的快速发展,IP网络的集成速度日益加快,因此网络的扩展显得尤为重要。研究表明,波分复用（WDM）光传输的容量增长明显放缓,系统实验接近非线性光纤传输的香农极限,限制了全光通信的发展。由此引入空间模式维度,基于空间自由度的空分复用（SDM）技术被认为是进一步提升传输容量的重要方案,其中基于少模光纤的模分复用（MDM）技术被广泛地应用,因为光纤中各个模式相互正交,MDM技术利用这种正交性,将每个模式作为独立的信道加载信号,从而有效地提高传输容量和频谱效率。同时随着传输容量的快速增长,对交换系统也带来了压力和动力,由于电子交换技术达到瓶颈,人们便引入了光子技术,其中可重构光分插复用（ROADM）技术可以灵活地进行业务疏导、路由选择和监视等功能,能够显着的提高整个网路的透明性、吞吐量、生存性,引起了人们的注意。本文在研究光传输交换技术的基础上,设计了两种如下结构:一种是无多进多出（MIMO）WDM-MDM带宽可调的光纤双向传输系统,利用6模式选择光子灯笼（PL）分别作为模式复用器与解复用器,选取LP21模式和LP01模式2个非简并模式作为正向传输信道,LP02模式和LP01模式作为反向传输信道,同时通过光开关控制选择LP11的2个简并模式作为正反向传输信道,从而实现12.5km的双向带宽可调传输。该结构通过光交换矩阵调节传输模式数来调节带宽。我们还对该系统结构进行实验搭建,并在C波段和L波段上对系统传输性能进行测量,3个模式的模间交调均小于-24d B,分析了12.5km多模光纤（MMF）传输的误码率和眼图性能,得出了当LP01模式和LP11a模式在接受功率低至-17d Bm和-16d Bm时,2路模式信号的误码率都能达到10-3的结论。验证了该传输系统的可行性和可靠性,适用于低成本大容量等通信场景。另一种是新颖的SDM-OADM结构,光节点是一个简单的两层体系结构,具有全光多粒度交换,业务疏导,通道分插和在线监控等功能。我们演示了多芯光纤（MCF）级和光纤级交换,光纤级粒度和波长级粒度业务疏导,通过搭建实验系统,测量其传输性能,实验结果表明,光信号在该交换系统中平均传输损耗为-10.5d B,平均串扰为-40d B,平均误码率（BER）为10-10,证明该结构有较高的可行性和可靠性。最后通过眼图测试单元监测光信号的传输质量,从得到的眼图可验证该系统具有良好的通信质量。
王心怡[9]（2020）在《基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究》文中进行了进一步梳理硅基光电子集成芯片具有尺寸小、集成度高等优点。近年来,它们受到了学术界的广泛关注。随着各类硅基光电子分立器件性能的提高,人们越来越不满足于单一器件的功能实现,而是往大规模集成化方向发展,即把多个电子和光子分立元件集成在同一芯片上,实现复杂的功能。硅基光电子技术以其高集成度和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的优势,近些年来在数据通信等领域发挥着重要作用。基于硅光技术,人们对各种类型的激光器、调制器、探测器和光开关展开了深入研究。光延迟线在光通信领域具有很好的应用前景,基于延迟线结构的脉冲复用可以提高光脉冲的重复率,从而生成高频脉冲。高频脉冲在数据通信、光子信号处理、光学模数转换等领域中起着重要作用。本文对基于光延迟线结构的片上集成光子器件进行了研究。利用多种光脉冲交织复用方式,实现了脉冲重复率的提升,可用于对微波信号的高速光采样。首先,论文介绍了延迟线芯片的基本概念和参数指标,并讨论了其具体结构和实现方案。从延迟调节范围、调节精度、传输损耗、功耗和芯片尺寸等角度出发,阐明了延迟线的结构特征,为下文各种脉冲交织器的实现提供理论依据。接着,论文从脉冲复用方式入手,分别研究了波分复用（WDM）和模分复用（MDM）的几个关键器件,并介绍了各种器件结构的工作原理和设计方案。对于MDM器件,本文分析了波导中支持的多种模式,并对波导耦合生成的高阶模式进行了仿真分析。本文还对波长-模式交织器所用到的分立器件和整个系统进行了仿真,证明了波长-模式交织方案的可行性。接着,为了实现脉冲的时分复用,本文提出了一种连续可调的延迟线,该延迟线结合了环形谐振器和马赫-增德尔干涉仪（MZI）开关阵列。开关阵列提供大范围数字式延迟调节,而微环则提供小范围延迟微调。开关采用MZI级联结构,提高了开关消光比。延迟线芯片在60 nm厚的硅波导平台上实现,平均波导损耗为0.35 d B/cm。最大延迟调节范围为1.28 ns,片上插入损耗为12.4 d B,包括由测试端口引起的损耗。在不同延迟时间下,30 Gbps开关键控（OOK）信号通过延迟线芯片传输具有较高的信号保真度。该光学延迟线芯片具有可重构性,可以用于调整脉冲序列。光脉冲多路复用基于延迟线芯片实现,开关被设置为均匀分光比。这样的光时分复用（OTDM）方案可用于产生高重复率脉冲串,可应用于光学采样。调整开关分光比和可调光衰减器（VOA）的衰减值提供不同的脉冲幅度时,可实现准任意波形生成（QAWG）。基于延迟线芯片实现OTDM和QAWG,证明了该芯片的灵活性和可重构性,能作为可编程光信号处理器使用。本文还对如何进一步提升延迟线芯片性能进行了讨论。随后,本文提出并实现了一个基于硅光集成平台的8通道波长-模式光脉冲交织器。波长和模式复用技术相结合,可以提高脉冲的重复率,而同时又不会增加单维度复用的复杂性。交织器使用级联MZI结构作为波分复用（解复用）器,将非对称定向耦合器用作模式复用（解复用）器,并将各种长度的硅波导用作延迟线。论文对交织器各个分立器件参数（如波导损耗、延迟误差和通道带宽等）对交织脉冲的损耗、延迟间隔、峰值能量、脉冲宽度和串扰等一系列指标影响进行了研究,为交织器的实现奠定了基础。实验验证了脉冲序列具有125 ps的时间间隔,延迟误差为3.2%。然后,本文在波长-模式交织器的基础上,将脉冲幅度调节和高速采样功能纳入,构成了一个硅光集成的光学采样系统。高重复率光学采样脉冲是通过将低重复率输入光脉冲与WDM和MDM相结合而获得的。WDM脉冲交织器由具有线性差分延迟的反馈型阵列波导光栅（AWG）构成。它可以实现自动波长对准,且结构紧凑、色散大、损耗低。交织脉冲的幅度可以通过反馈波导中的衰减器进行调节。多模波导中的两个高阶模用来进一步提高脉冲重复率。光学采样脉冲被多模MZI调制器调制,调制器两臂集成了“L型”PN结,提高了调制效率。采样后的脉冲由模式和波长解复用器分开,后端再做并行处理。多模调制器可以实现30 Gb/s OOK调制。多波长脉冲使用由双环耦合马赫-增德尔干涉仪（DR-MZI）构成的WDM滤波器分离,该结构具有较高的消光比。模分复用脉冲交织和分离是由非对称定向耦合器构成的模式复用（解复用）器完成。由于同时使用了波长和模式复用技术,因此脉冲重复率可以大幅提高。在实现的集成芯片中,脉冲重复率提高了8倍,这受限于后端WDM滤波器的数量。所有功能模块,包括高速调制器、偏振分束器、旋转器、延迟线以及WDM和MDM器件,都集成到了单个硅光集成芯片中,充分利用了硅光的集成能力。高速采样芯片的成功研制为在单片上实现模数转换提供了基础。论文最后对研究课题做出了总结,针对硅基脉冲交织器提出了未来研究工作展望。
李晨蕾[10]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中研究指明随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
二、Low-Loss Fiber De-Multiplexers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Low-Loss Fiber De-Multiplexers（论文提纲范文）
（1）基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 空分复用技术中的模分复用技术 |
| 1.2.1 空分复用技术的分类与特点 |
| 1.2.2 模分复用通信系统的分类与发展现状 |
| 1.2.3 基于模分复用通信系统的光纤型模式转换器的分类与应用 |
| 1.3 基于少模光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.3.1 少模光纤光栅的特点与分类 |
| 1.3.2 基于布拉格光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.3.3 基于长周期光纤光栅的模式转换的研究现状 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 2 基于光纤光栅模式耦合的理论基础 |
| 2.1 光波导的基础理论知识 |
| 2.1.1 光波导中的基本方程 |
| 2.1.2 光波导中模式的性质 |
| 2.2 全矢量复耦合模理论 |
| 2.3 基于全矢量复耦合模理论的系列特种结构光栅 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于空芯光纤的倾斜布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 3.1 在空芯光纤中写入倾斜布拉格光栅的矢量模式耦合特性的研究 |
| 3.1.1 空芯光纤的矢量模式传输特性 |
| 3.1.2 基于空芯光纤的倾斜布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 3.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 3.2 本章小结 |
| 4 基于涡旋光纤的非对称布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 4.1 阶跃型少模光纤中写入非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性分析 |
| 4.1.1 阶跃型光纤的矢量模式传输特性 |
| 4.1.2 基于阶跃型光纤的非对称布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 4.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 4.2 涡旋少模光纤中写入非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性分析 |
| 4.2.1 环形结构涡旋光纤的矢量模式传输特性 |
| 4.2.2 基于涡旋光纤的非对称布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 4.2.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 4.3 基于自制光纤的非对称布拉格光栅的模式耦合特性研究 |
| 4.3.1 自制光纤的模式传输特性 |
| 4.3.2 基于自制光纤非对称布拉格光栅的模式耦合特性分析 |
| 4.3.3 基于自制光纤非对称布拉格光栅的实验验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 5.1 在阶跃型和涡旋光纤中写入倾斜非对称布拉格光栅的对比性研究 |
| 5.1.1 阶跃型与涡旋光纤的矢量模式传输特性的对比性分析 |
| 5.1.2 基于阶跃型和涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光栅的相位匹配条件的分析 |
| 5.2 基于环芯结构涡旋光纤的倾斜非对称布拉格光栅的矢量模式耦合特性的分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 在不同激励矢量模式下,基于环芯光纤的倾斜布拉格光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 6.1 在不同激励矢量模式下,基于环芯光纤的倾斜布拉格光栅的相位匹配条件 |
| 6.2 不同激励矢量模式下,光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 基于新型特种结构长周期光纤光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.1 在涡旋光纤中写入倾斜长周期光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.1.1 涡旋光纤的矢量模式传输特性 |
| 7.1.2 基于涡旋光纤的倾斜长周期光栅的相位匹配条件 |
| 7.1.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 7.2 在反抛物型渐变折射率光纤中写入机械微弯长周期光栅的矢量模式转换的研究 |
| 7.2.1 反抛物型渐变折射率光纤的矢量模式传输特性 |
| 7.2.2 基于反抛物型渐变折射率光纤的机械微弯长周期光栅的相位匹配条件 |
| 7.2.3 相关光栅参数对矢量模式耦合特性的影响 |
| 7.3 本章小结 |
| 8 总结与展望 |
| 8.1 本论文的研究成果 |
| 8.2 下一步拟开展的研究内容 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学概述 |
| 1.2 光互联中的多维复用 |
| 1.2.1 波分复用技术概述 |
| 1.2.2 偏振复用技术概述 |
| 1.2.3 模式复用技术概述 |
| 1.2.4 空间多维光通信技术概述 |
| 1.3 硅基亚波长结构集成光子器件的产生与发展 |
| 1.4 本文内容和创新点 |
| 2 硅基纳米波导与硅基亚波长结构的特性分析与数值仿真方法 |
| 2.1 硅基纳米波导的特性分析 |
| 2.1.1 基于有限差分频域方法的模式特性分析 |
| 2.1.2 基于有限差分时域方法的传输特性分析 |
| 2.2 硅基亚波长结构的特性分析 |
| 2.2.1 基于等效介质理论的折射率特性分析 |
| 2.2.2 基于平面波展开方法的能带特性分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 硅基集成光子器件的制作与测试 |
| 3.1 硅基集成光子器件的制作流程 |
| 3.2 基于光栅耦合器的垂直耦合测试系统 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 基于各向异性调控与色散调控的硅基偏振维度相关器件 |
| 4.1 基于亚波长光栅异质结的超宽带硅基偏振分束器 |
| 4.1.1 超宽带硅基偏振分束器设计 |
| 4.1.2 器件制作与性能测试 |
| 4.1.3 各类硅基偏振分束器的性能对比 |
| 4.2 基于亚波长光栅/弯曲波导混合结构的超宽带硅基起偏器 |
| 4.2.1 超宽带硅基起偏器设计 |
| 4.2.2 器件制作与性能测试 |
| 4.2.3 各类硅基起偏器的性能对比 |
| 4.3 基于亚波长光栅/缺角波导混合结构的超宽带硅基偏振旋转器 |
| 4.3.1 超宽带硅基偏振旋转器设计 |
| 4.3.2 各类硅基偏振旋转器的性能对比 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于等效介质折射率调控的硅基模式维度相关器件 |
| 5.1 基于浙变折射率模式转换器的硅基多模波导弯曲结构 |
| 5.1.1 多模弯曲传输中的模间串扰问题 |
| 5.1.2 硅基多模波导弯曲结构设计 |
| 5.1.3 低串扰弯曲结构连接的4通道模式复用系统测试 |
| 5.1.4 各类硅基多模波导弯曲结构的性能对比 |
| 5.2 基于Maxwell鱼眼透镜的硅基多模波导交叉结构 |
| 5.2.1 多模交叉传输中的模式相关损耗问题 |
| 5.2.2 硅基多模波导交叉结构设计 |
| 5.2.3 低损耗交叉结构连接的2通道模式复用系统测试 |
| 5.2.4 各类硅基多模波导交叉结构的性能对比 |
| 5.3 基于等效介质薄膜分束镜的硅基多模波导功分器 |
| 5.3.1 多模分束传输中的模间串扰问题 |
| 5.3.2 硅基多模波导功分器设计 |
| 5.3.3 各类硅基多模波导功分器的性能对比 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 基于连续区束缚态的硅基超光栅 |
| 6.1 连续区束缚态简介 |
| 6.2 面向波长维度调控的硅基超光栅滤波器 |
| 6.2.1 硅基超光栅滤波器设计 |
| 6.2.2 器件制作与性能测试 |
| 6.2.3 各类硅基光学滤波器的性能对比 |
| 6.3 面向空间多维光通信的硅基超光栅光学天线 |
| 6.3.1 硅基超光栅光学天线设计 |
| 6.3.2 器件制作与性能测试 |
| 6.3.3 各类硅基光栅天线的性能对比 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 作者在学期间取得的科研成果 |
（3）基于多平面光转换的模式复用/解复用器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 模式复用/解复用器国内外研究现状 |
| 1.2.2 多平面光转换国内外研究现状 |
| 1.3 论文的研究内容和章节安排 |
| 第2章 模式转换和复用的理论基础 |
| 2.1 空间光束传播理论 |
| 2.1.1 衍射的角谱理论 |
| 2.1.2 菲涅尔衍射 |
| 2.1.3 夫琅禾费衍射 |
| 2.2 透镜的位相调制和傅里叶变换性质 |
| 2.2.1 透镜的位相调制作用 |
| 2.2.2 透镜的傅里叶变换性质 |
| 2.3 多平面光转换的基本原理 |
| 2.3.1 空间模场理论 |
| 2.3.2 波前匹配算法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 多平面光转换的模式复用/解复用器的设计及性能分析 |
| 3.1 多平面光转换的模式复用/解复用器的设计 |
| 3.1.1 三模式复用/解复用器的仿真设计 |
| 3.1.2 三模式复用/解复用器的仿真结果 |
| 3.2 多平面光转换模式复用/解复用器的性能影响 |
| 3.2.1 相位片数量和间距对多平面光转换器的性能影响 |
| 3.2.2 波长和相位片数量对多平面光转换器的性能影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 基于模式解复用器的空间光到光纤耦合性能仿真研究 |
| 4.1 空间光到光纤的耦合效率仿真分析 |
| 4.1.1 空间光耦合到单模光纤仿真分析 |
| 4.1.2 空间光耦合到少模光纤仿真分析 |
| 4.2 随机相位屏产生方法 |
| 4.2.1 功率谱反演法 |
| 4.2.2 Zernike多项式展开法 |
| 4.3 基于模式解复用器的大气湍流空间光到光纤的耦合仿真分析 |
| 4.3.1 基于MPLC空间模式分集转换耦合模型 |
| 4.3.2 基于MPLC空间模式分集转换耦合优化分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 模式解复用器性能测试及耦合实验研究 |
| 5.1 空间光调制器基本性能测试实验平台 |
| 5.1.1 空间光调制器基本性能测试实验平台设计 |
| 5.1.2 空间光调制器基本性能测试实验结果 |
| 5.2 多平面光转换的模式解复用器的空间光到光纤耦合性能的实验研究 |
| 5.2.1 三模式解复用的空间光到光纤耦合实验平台设计 |
| 5.2.2 三模式解复用的空间光到光纤耦合实验结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（4）短距离模分复用通信系统中新型少模光纤研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究背景及研究意义 |
| 1.2.1 模分复用传输系统及其研究现状 |
| 1.2.2 短距离传输模分复用系统及其研究现状 |
| 1.2.3 弱耦合少模光纤及其研究现状 |
| 1.3 本论文的内容安排及创新点 |
| 2 弱耦合少模光纤研究理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 全反射型少模光纤传输理论 |
| 2.2.1 均匀圆波导的基本方程 |
| 2.2.2 光纤中的矢量与标量模式 |
| 2.2.3 有限元法 |
| 2.3 二维光子晶体光纤传输理论 |
| 2.3.1 平面波展开法 |
| 2.3.2 等效折射率法 |
| 2.4 一维光子带隙型布拉格光纤传输理论 |
| 2.4.1 传输矩阵法 |
| 2.4.2 渐近矩阵法 |
| 2.5 少模光纤特性参数研究 |
| 2.5.1 少模光纤的模式耦合 |
| 2.5.2 少模光纤的模场有效面积 |
| 2.5.3 少模光纤的差分模式时延 |
| 2.5.4 光纤弯曲损耗 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 全反射型弱耦合少模光纤研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 弱耦合阶跃型圆芯少模光纤研究 |
| 3.3 弱耦合沟槽辅助M型少模光纤研究 |
| 3.3.1 弱耦合沟槽辅助M型少模光纤结构 |
| 3.3.2 光纤参数对弱耦合性能的影响 |
| 3.3.3 光纤参数对模式特性的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 弱耦合的色散平坦少模光子晶体光纤研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 色散平坦的少模光子晶体光纤研究 |
| 4.2.1 色散平坦的少模光子晶体光纤结构 |
| 4.2.2 光纤参数对弱耦合性能的影响 |
| 4.2.3 光纤参数对色散平坦性能的影响 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 弱耦合的光子带隙型少模布拉格光纤研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 全固态椭圆芯少模布拉格光纤研究 |
| 5.2.1 全固态椭圆芯少模布拉格光纤结构 |
| 5.2.2 光纤参数对弱耦合性能及束缚损耗的影响 |
| 5.2.3 光纤参数对模式特性的影响 |
| 5.3 同轴空心少模布拉格光纤研究 |
| 5.3.1 同轴空心少模布拉格光纤结构 |
| 5.3.2 光纤参数对弱耦合性能的影响 |
| 5.3.3 光纤参数对模式特性的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 模分复用无源光网络基础传输验证 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 模分复用无源光网络实验架构 |
| 6.2.1 少模光纤设计及模式复用/解复用器 |
| 6.2.2 模分复用无源光网络结构 |
| 6.3 模分复用无源光网络传输性能分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论 |
| 7.1 本文工作总结 |
| 7.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（5）高性能硅光滤波器及其应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光电子学 |
| 1.2 硅光滤波器概述 |
| 1.2.1 基于马赫-曾德干涉仪的硅光滤波器 |
| 1.2.2 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 1.2.3 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.4 基于阵列波导光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.5 总结 |
| 1.3 本论文主要内容及创新点 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论仿真、制备和测试 |
| 2.1 硅波导光学仿真 |
| 2.1.1 硅波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式计算 |
| 2.1.3 硅波导的光场传输计算 |
| 2.2 硅基光电子器件的制备 |
| 2.3 硅基光电子器件的测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 3.1 微环谐振器的基本原理 |
| 3.1.1 全通型微环谐振器 |
| 3.1.2 插分型微环谐振器 |
| 3.2 具有超大自由频谱范围的插分型单环滤波器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 制备和测试 |
| 3.2.3 结果和分析 |
| 3.3 具有超大自由频谱范围的平顶型高阶环滤波器 |
| 3.3.1 结构和设计 |
| 3.3.2 制作和测试 |
| 3.3.3 结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 4.1 波导布拉格光栅滤波器的基本原理 |
| 4.2 2 μm波段的硅基多模波导光栅滤波器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 制备和测试 |
| 4.2.3 结果和分析 |
| 4.3 基于双光栅的偏振不敏感光学滤波器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 制备和测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于级联多模波导光栅的多通道波分复用器 |
| 5.1 面向短距通信的四通道粗波分复用器 |
| 5.1.1 结构和设计 |
| 5.1.2 加工和测试 |
| 5.1.3 结果和分析 |
| 5.2 面向无源光网络的硅基单纤三向复用器 |
| 5.2.1 结构和设计 |
| 5.2.2 制作和测试 |
| 5.2.3 结果和分析 |
| 5.3 面向无源光网络融合升级的硅基单纤四向复用器 |
| 5.3.1 结构和设计 |
| 5.3.2 制备和测试 |
| 5.3.3 结果和分析 |
| 5.3.4 总结和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
（6）硅基模式复用器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光子学的发展与优势 |
| 1.2 硅基片上模式复用技术 |
| 1.3 本文工作及创新点 |
| 2 硅光无源器件的仿真,加工及测试方法 |
| 2.1 光波导器件的仿真算法 |
| 2.1.1 光波导模式理论和仿真方法 |
| 2.1.2 光场传输仿真方法 |
| 2.2 硅光无源器件的制备工艺 |
| 2.3 无源器件的测试 |
| 3 模式-偏振-波长多维复用系统 |
| 3.1 多维复用系统架构 |
| 3.2 系统组成单元 |
| 3.2.1 模分(解)复用器 |
| 3.2.2 波分(解)复用器 |
| 3.2.3 偏振合束器 |
| 3.2.4 偏振旋转分束器 |
| 3.3 实验及表征 |
| 3.3.1 制备方法 |
| 3.3.2 测试结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 可重构分插模式复用器 |
| 4.1 相变材料简介 |
| 4.2 器件结构及原理 |
| 4.3 器件设计和优化 |
| 4.4 结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 模式复用器的分析和优化设计 |
| 5.1. 两种常用模式复用器的容差分析 |
| 5.1.1 基于非对称定向耦合器的模式复用器 |
| 5.1.2 基于绝热锥形耦合器的模式复用器 |
| 5.2 基于亚波长光栅结构的模式复用器 |
| 5.2.1 设计原理 |
| 5.2.2 仿真结果 |
| 5.3 混合结构的双偏振模式复用器 |
| 5.3.1 结构与设计 |
| 5.3.2 实验与表征 |
| 5.4 两个通用问题的分析 |
| 5.4.1 模式干涉与系统性能退化 |
| 5.4.2 模式复用器通道数限制 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及专利 |
（7）硅基片上基模与高阶模传输特性及器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.2 硅基集成光电器件复用技术概述 |
| 1.2.1 波分复用技术 |
| 1.2.2 模式复用技术 |
| 1.2.3 偏振复用技术 |
| 1.3 模场调控的集成光子器件概述 |
| 1.4 本文的工作和创新点 |
| 1.4.1 本文的主要内容 |
| 1.4.2 本文的创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的光学仿真,制备及测试 |
| 2.1 光波导模式理论分析 |
| 2.2 光波导模式计算 |
| 2.3 光场传输计算 |
| 2.4 器件的制备及测试 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于波导反射镜的多模弯曲波导 |
| 3.1 结构和设计 |
| 3.2 制作和测试 |
| 3.3 结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于欧拉弯曲与亚波长光栅的多模弯曲波导 |
| 4.1 结构和设计 |
| 4.2 结果和分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 5 基于多模波导的超低损耗波导结构 |
| 5.1 散射损耗计算模型和计算理论 |
| 5.2 结构和设计 |
| 5.3 制作和测试 |
| 5.4 结果和分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及专利 |
（8）光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 光纤通信发展历程及面临的挑战 |
| 1.1.2 空分复用技术的发展 |
| 1.2 基于PL的双向光纤传输系统研究现状 |
| 1.3 ROADM研究现状 |
| 1.4 研究内容及结构安排 |
| 第二章 光传输交换技术 |
| 2.1 光纤双向传输技术 |
| 2.2 光交换技术 |
| 2.2.1 光交换的原理 |
| 2.2.2 光交换技术的分类 |
| 2.3 光交换网络和交换节点 |
| 2.3.1 光交换网络 |
| 2.3.2 节点设备OADM功能与结构 |
| 2.3.3 节点设备OXC的功能和结构 |
| 2.4 ROADM结构特性及原理分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于PL的双向传输实验研究 |
| 3.1 双向光纤传输系统设计 |
| 3.1.1 网络节点设备 |
| 3.1.2 双向传输系统的结构设计 |
| 3.2 双向光纤传输系统实验 |
| 3.2.1 传输模式性能测试 |
| 3.2.2 误码率测试及讨论 |
| 3.3 双向带宽可调传输的实现演示 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 多粒度SDM-ROADM实验研究 |
| 4.1 SDM-ROADM结构和工作原理 |
| 4.2 SDM-ROADM实验系统及性能分析 |
| 4.3 多粒度交换和业务疏导演示 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（9）基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基集成光电子器件 |
| 1.2 集成光延迟芯片 |
| 1.2.1 集成光延迟芯片的背景与应用 |
| 1.2.2 集成光延迟芯片的实施方法 |
| 1.2.3 集成光延迟芯片的研究现状 |
| 1.3 时间交替高重频脉冲生成器 |
| 1.3.1 高频脉冲的应用 |
| 1.3.2 时间交织高重频脉冲生成器的研究现状 |
| 1.3.3 时间交织高重频脉冲生成器的面临问题 |
| 1.4 本论文结构安排及主要内容 |
| 第二章 基于延迟线结构的硅基波长-模式脉冲交织核心元件设计 |
| 2.1 硅基光延迟线 |
| 2.1.1 硅基光波导 |
| 2.1.2 移相器和可调衰减器的设计 |
| 2.1.3 光延迟芯片架构设计 |
| 2.1.4 光延迟芯片分析与讨论 |
| 2.2 波长与模式复用器件 |
| 2.2.1 波分复用器件 |
| 2.2.2 模分复用器件 |
| 2.3 基于延迟线的脉冲波长-模式复用器模型与仿真 |
| 2.3.1 脉冲复用分立模型的仿真 |
| 2.3.2 脉冲复用整体模型的仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 大范围连续可调超薄硅波导光延迟线 |
| 3.1 延迟线的设计 |
| 3.2 实验验证 |
| 3.2.1 单级和双级MZI开关的比较 |
| 3.2.2 光延迟特性 |
| 3.2.3 OTDM和 QAWG实验 |
| 3.3 进一步提升光延迟芯片性能的讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 硅基波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1.1 脉冲交织器的设计 |
| 4.1.2 不同参数对脉冲交织模型的影响 |
| 4.2 实验验证 |
| 4.2.1 波长脉冲交织器 |
| 4.2.2 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 硅基波长-模式脉冲交织高速光采样 |
| 5.1 波长-模式脉冲交织光学采样架构 |
| 5.1.1 整体架构 |
| 5.1.2 核心组件的设计 |
| 5.2 实验验证 |
| 5.2.1 波分脉冲交织器 |
| 5.2.2 WDM带通滤波器组 |
| 5.2.3 多模EO调制器 |
| 5.3 总体性能评估 |
| 5.4 脉冲交织器的应用前景讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 符号与标记 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
（10）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
四、Low-Loss Fiber De-Multiplexers（论文参考文献）
- [1]基于新型特种少模光纤光栅的矢量模式转换的研究[D]. 芈月安. 北京交通大学, 2021(02)
- [2]面向多维复用的硅基亚波长结构集成光子器件研究[D]. 许弘楠. 浙江大学, 2021(01)
- [3]基于多平面光转换的模式复用/解复用器的研究[D]. 宫喜宇. 长春理工大学, 2021(02)
- [4]短距离模分复用通信系统中新型少模光纤研究[D]. 张艺赢. 北京科技大学, 2021(08)
- [5]高性能硅光滤波器及其应用研究[D]. 刘大建. 浙江大学, 2021(01)
- [6]硅基模式复用器件研究[D]. 卫怡晖. 浙江大学, 2021(09)
- [7]硅基片上基模与高阶模传输特性及器件研究[D]. 王依. 浙江大学, 2021(09)
- [8]光空分复用系统中双向传输及ROADM技术研究[D]. 陈成. 南京邮电大学, 2020(03)
- [9]基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究[D]. 王心怡. 上海交通大学, 2020(01)
- [10]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)