基于脊型波导与光子晶体波导耦合的波分复用器设计及性能分析
波分复用器是波分复用系统中的重要器件,光子晶体具有设计灵活、损耗低、体积小的特点,被广泛用于制作光分束器、波分复用或解复用器等。利用脊型波导将光波耦合到光子晶体波导,制作波分复用器,可以实现高效解复用功能,对于波分复用系统具有重要的实用价值。 本文首先利用平面波展开法研究了基于 GaAs 半导体材料的二维光子晶体和二维光子晶体波导带隙特性,分析了带隙随介质柱半径/周期的比值变化,确定了二维光子晶体和二维光子晶体波导参数；接着提出利用6个一维缓变光子晶体介质柱和余弦型光子晶体开口边界的耦合方法,提高光波在脊型波导与光子晶体波导之间的耦合效率,通过仿真得到在1.51μm-1.64μm 的波长范围内,耦合效率达到了 99%以上。然后在此波长范围内,根据点、线缺陷的耦合模理论设计出了基于脊型波导与光子晶体波导耦合的信道间隔为 20nm 的波分复用器,通过时域有限差分法对器件的插入损耗、信道隔离度、回波损耗以及响应时间各项特性指标进行了仿真分析,结果表明：该波分复用器的尺寸仅为29.7μm20.7μm,各个信道的光波下载效率均大于97%,插入损耗均小于0.12dB,回波损耗在22dB左右,各个信道间的隔离度均大于23dB；响应时间仅为4ps,具有体积小、性能高、易于集成的优点。最后讨论了所设计的波分复用器在集成光学和光纤到户技术中的应用。
时域有限差分法;耦合模理论;脊型波导;光子晶体;耦合效率;波分复用器
南京邮电大学
硕士
光学工程
陈鹤鸣
2013
中文
2014-07-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）