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Ⅲ-Ⅴ族半导体多量子阱平面波导谐振腔滤波器的研究

作　者: 徐国明
导　师: 孙小菡；蔡纯
学　校: 东南大学
专　业: 物理电子学
关键词: 集成光路(PICs) 平面光波光路(PLCs) III-V族半导体多量子阱(MQW) 谐振腔滤波器时域有限差分(FDTD) 光子全参数测试系统
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

光滤波器是IP/WDM光网络中节点和终端设备的关键器件。基于平面波导谐振腔的光滤波器具有结构简单、性能好、集成性高、易于构成其他光器件等优点而备受关注。本文主要进行半导体多量子阱平面波导谐振腔滤波器的研究,开展了四端口器件理论、数值分析方法、滤波器优化设计、制作和测试等系列工作。论文首先分别给出三种材料——InP基InGaAsP-MQW、GaAs基InGaAs/InAlAs- MQW和GaAs/AlGaAs的结构,深入分析了三种材料构成的脊波导中的光波模式和传输特性,获得了单模工作条件和参数,为设计谐振腔滤波器奠定了基础。然后采用时域有限差分(FDTD)法,基于InP/InGaAsP- MQW单模脊波导,优化设计了矩形和跑道形并联谐振腔滤波器;优化设计了GaAs基InGaAs-InAlAs MQW环形谐振腔光滤波器;获得单谐振腔和谐振腔级联的仿真结果,包括光场分布,滤波器的光谱特性等;对所得结果进行了讨论,证实了所提方案的可行性。最后,基于国内先进的生产线,研制出InP/InGaAsP平面波导谐振腔滤波器。建立了具有国际先进水平的81910A光子全参数测试系统,实现了裸片与单模光纤的高效耦合,两类谐振腔滤波器裸片在实验室内通过了光学性能的测试,测试结果与仿真结果基本相似,输出端功率谱图显示该器件具有较明显的滤波特性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章绪论  8-23
  1.1 光滤波技术的应用  8-12
  1.2 高折射率差波导和谐振腔滤波器  12-18
    1.2.1 平面光波光路器件的集成  12-13
    1.2.2 高折射率差波导  13-14
    1.2.3 平面波导谐振腔滤波器  14-18
  1.3 其他光滤波器  18-20
    1.3.1 阵列波导光栅AWG  18
    1.3.2 光栅型  18-19
    1.3.3 干涉滤波型(轴向对准型)  19
    1.3.4 耦合型光纤滤波器  19-20
  1.4 本文工作简介  20
    1.4.1 目前存在的问题  20
    1.4.2 研究意义  20
    1.4.3 主要内容  20
  参考文献  20-23
第二章理论和数值分析方法  23-36
  2.1 谐振腔滤波器时域模式耦合理论  23-26
    2.1.1 四端口系统时域耦合方程  23
    2.1.2 耦合方程的求解  23-25
    2.1.3 分析和讨论  25-26
  2.2 传输矩阵法  26-28
    2.2.1 传输矩阵方程  26-27
    2.2.2 讨论  27-28
  2.3 光波导近似和数值分析法  28-34
    2.3.1 有效折射率法EIM  28-30
    2.3.2 时域有限差分法  30-34
      2.3.2.1 麦克斯韦方程  30-31
      2.3.2.2 二维FDTD 格式  31-33
      2.3.2.3 吸收边界条件  33-34
  本章小结  34-35
  参考文献  35-36
第三章谐振腔光滤波器的优化设计  36-48
  3.1 脊波导结构  36-41
    3.1.1 InP/InGaAsP-MQW 单模脊形波导的设计  36-39
    3.1.2 GaAs/AlGaAs 单模脊波导的设计  39-40
    3.1.3 InGaAs-InAlAs MQW 单模脊波导结构  40-41
  3.2 平面波导谐振腔滤波器的设计  41-46
    3.2.1 基于InGaAs-InAlAs MQW 的谐振腔滤波器  41-43
      3.2.1.1 单环谐振腔光滤波器  41-42
      3.2.1.2 环形谐振腔的级联  42-43
    3.2.2 基于InP/InGaAsP MQW 的谐振腔滤波器  43-46
      3.2.2.1 矩形谐振腔光滤波器的优化设计  43-44
        3.2.2.2.1 单个矩形谐振腔光滤波器  43
        3.2.2.2.2 矩形谐振腔的级联  43-44
      3.2.2.2 跑道形谐振腔光滤波器的优化设计  44-46
        3.2.2.2.1 单个跑道形谐振腔光滤波器  44-45
        3.2.2.2.2 跑道形谐振腔的级联  45-46
  本章小结  46
  参考文献  46-48
第四章实验测试  48-56
  4.1 实验测试系统  48-51
    4.1.1 测试参数的定义和测试方法  48-49
    4.1.2 波导器件基本参数测量方法  49-50
    4.1.3 光纤与波导对准耦合系统  50-51
  4.2 InP/InGaAsP-MQW 平面波导谐振腔滤波器的测试分析  51-55
    4.2.1 并联矩形谐振腔光滤波器  51-53
    4.2.2 并联跑道形谐振腔光滤波器  53-55
  本章小结  55
  参考文献  55-56
第五章平面波导谐振腔滤波器的应  56-60
  5.1 双环双波长信道上下路  56-57
  5.2 可调激光器中的选频单元  57-58
  本章小结  58
  参考文献  58-60
总结  60-61
致谢  61

Ⅲ-Ⅴ族半导体多量子阱平面波导谐振腔滤波器的研究

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