1. 研究目的与意义(文献综述)
随着光纤通信技术的发展,光通信网络越来越需要不断地在降低运营成本的基础上提高工作性能,它的核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化;同时现阶段和未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件。微环滤波器达到了上述两个要求,它具有微纳米量级的尺寸,且成本低、结构紧凑,插入损耗小,特别适合用于大规模单片紧密集成。微环滤波器在近几十年间已经被深入研究,且一直是光学滤波器研究热点,其在光通信领域有了很大进展和成果。制作材料也越来越多,器件的制作水平也在不断提高。
在光纤通信系统中,只允许特定的波长光通过的器件称为光学滤波器,其主要应用在波长信道、差分的节点或是信息融合。1969年贝尔实验室的marcatili第一次提出了微环滤波器的概念,由于当时的工艺制作水平限制,微环滤波器的研究及应用在很长时间里没有很大发展,2000年以来,制作工艺水平和材料学的快速发展,使得微环滤波器的应用也在迅猛发展。例如上下路滤波器,激光器,光开、,光调制器、延时器、光记忆体、光学陀螺、传感器、隔离器等应运而生。
国际上从20世纪末开始对集成环形光波导滤波器进行研究,近年来芯片级硅基激光光源获得突破性进展,有望为高集成光电子器件提供可靠光源。一些大学和国际研究机构在高性能纳米光波导微腔制造、纳米光波导器件等方面开展了细致的研究,并取得了很好的研究成果。2006年,剑桥大学学者对多环级微环滤波器的特性做了详细的分析。2007年,ibm公司fengnianxia等人根据“慢光效应”设计了由一百个硅基微环谐振腔平行级联的光波导耦合结构和垂直级联的全通滤波器的谐振腔结构,该结构可将光延迟500皮秒。2009年,人们又提出了半径为1.5微米的超小微环滤波器,他的带宽为210ghz,fsr可达52纳米。2011年,fengfeiliu等人对影响多级微环滤波器的高品质因素做了详细的研究。2012年,有研究员设计了一种新型的干涉式双级微环梯形滤波器,该滤波器的滤波带宽可达100ghz,实现了高阶滤波特性。最近两年,为解决刻蚀工艺引起的光波导粗糙问题,提出了热氧化工艺制造波导谐振腔。并且已经开始用cmos技术研究芯片光电集成系统,且取得突破性进展。
2. 研究的基本内容与方案
基本内容及目标:分析该滤波器的结构,建立数学分析模型,编写matlab计算程序。分析滤波器的传输频谱,研究不同结构参数对传输频谱的影响,总结相关规律,并与单位滤波器的特性进行比较,讨论起在光纤通信中的应用前景。在计算机上对这一过程进行演示。
拟采用的技术方案及措施:
(1)设计mzi辅助型微环滤波器的基本结构如图1所示;
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅文献资料,学习微环滤波器的相关知识,了解matlab的使用方法,掌握耦合矩阵理论的计算方法,完成开题报告。
第4-9周:整理资料,设计mzi微环滤波器结构,对微环滤波器进行仿真,对其传输谱特性进行测试,总结相关规律。
第10-13周:完成滤波器设计及利用matlab进行分析的工作,修改相关参数进行分析,撰写论文初稿,并送导师审阅。
4. 参考文献(12篇以上)
[1]冯国英,波动光学[m],北京:科学出版社,2013.
[2]jianxunhong,yasufumienami.modelingandanalysisofmicroringresonatormodulatorswithfeedbackwaveguidecoupling[j].ieee/osajournaloflightwavetechnology.2011,29(21):3243-3249.
[3]刘正君,matlab科学计算宝典[m],北京:电子工业出版社,2012年5月.
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