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自准直型光子晶体Mach-Zehnder可调滤波器的特性研究

作　者: 于娜
导　师: 陈卫东
学　校: 燕山大学
专　业: 电路与系统
关键词: 可调谐滤波器 光子晶体 自准直 液晶电控双折射 级联优化
分类号: TN713
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着光通信技术的快速发展，能够使光通信系统传输容量成百倍的增长的光波分复用技术也成为研究热点，可调谐光学滤波器作为光波分复用系统中的关键器件，也越来越受到人们的关注。采用光子晶体制作的光器件可以像半导体材料控制电子的运动一样，灵活控制光子的传播，并且光子晶体器件体积很小，便于微型化、集成化。利用光子晶体禁带、自准直特性可以制作性能优良的可调谐滤波器，提高传输速率、增大传输容量，因此光子晶体可调谐滤波器的研究对现代光波分复用系统的快速发展有重要的研究意义。本文围绕一种二维光子晶体自准直Mach-Zehnder干涉(MZI)可调谐滤波器展开数值模拟和特性分析，主要内容包括：首先，根据液晶的基本特性，分析了液晶分子的电控双折射特性对液晶有效折射率的影响，建立了外加电压和液晶分子有效折射率的数学关系；然后结合Mach-Zehnder的相位调制原理，分析了液晶MZI滤波器的可调谐原理。其次，在熟悉光子晶体数值计算方法的基础上，利用平面波展开法，研究了二维正方/三角晶格空气孔型、硅介质柱型光子晶体的等频线分布情况和填充液晶后的光子晶体等频线分布情况，得到适合制作自准直MZI可调谐滤波器的光子晶体结构。最后，在提出自准直分束器和全反镜的基础上，分析比较了光子晶体对称/非对称两种MZI可调谐滤波器的滤波特性；然后对滤波性能较好的非对称MZI滤波器结构进行串联和级联两种优化，使可调谐滤波的性能得到进一步的改善。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-16
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 可调谐光滤波器的种类  11-12
  1.3 MZI滤波器  12-14
    1.3.1 光纤型MZI  13
    1.3.2 光波导型MZI  13-14
    1.3.3 光子晶体MZI  14
  1.4 课题来源及章节安排  14-16
第2章 光子晶体简介及理论分析方法  16-29
  2.1 光子晶体简介  16-19
    2.1.1 光子晶体的基本概念  16-17
    2.1.2 光子晶体的基本特性  17-18
    2.1.3 光子晶体的应用  18-19
  2.2 光子晶体理论分析方法简介  19-20
  2.3 平面波展开法  20-24
    2.3.1 光子晶体中电场的本征方程  20-23
    2.3.2 维光子晶体中的本征方程和等频线求解方程  23-24
  2.4 时域有限差分法  24-28
    2.4.1 Maxwell方程的FDTD形式  24-27
    2.4.2 FDTD算法的数值稳定性条件  27
    2.4.3 FDTD算法的吸收边界条件  27-28
    2.4.4 激励源  28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 MZI调谐滤波原理  29-40
  3.1 液晶的基本概念  29-30
  3.2 液晶的电控双折射效应  30-37
    3.2.1 中心位置液晶分子旋转角与外加电压关系  30-34
    3.2.2 外加电压略大于阈值时旋转角与液晶分子位置、电压的关系  34-36
    3.2.3 液晶折射率分布  36-37
  3.3 MZI可调谐滤波原理  37-39
    3.3.1 MZI相位调制原理  37-38
    3.3.2 液晶MZI可调谐滤波原理  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第4章 二维光子晶体的自准直特性研究  40-53
  4.1 维光子晶体自准直理论  40-41
  4.2 空气孔型光子晶体的TE偏振模自准直特性分析  41-47
    4.2.1 正方晶格光子晶体TE偏振模自准直特性分析  41-45
    4.2.2 三角晶格光子晶体TE偏振模自准直特性分析  45-47
    4.2.3 分析比较  47
  4.3 硅介质柱型光子晶体TE偏振模自准直特性分析  47-49
  4.4 二维正方晶格空气孔型光子晶体TM偏振模自准直特性分析  49-50
  4.5 填充液晶型光子晶体的自准直特性分析  50-52
  4.6 本章小结  52-53
第5章 可调谐二维光子晶体自准直MZI滤波器滤波特性分析  53-71
  5.1 自准直分束器和全反镜特性  53-57
    5.1.1 自准直分束器  53-55
    5.1.2 自准直全反镜  55-57
  5.2 自准直光子晶体MZI可调谐滤波原理  57-59
  5.3 可调谐光子晶体自准直S-MZIF滤波特性  59-61
    5.3.1 可调谐光子晶体自准直S-MZIF整体结构  59-60
    5.3.2 可调谐光子晶体自准直S-MZIF传输特性分析  60-61
  5.4 可调谐光子晶体自准直A-MZIF滤波特性  61-64
    5.4.1 可调谐光子晶体自准直A-MZIF整体结构  61-62
    5.4.2 可调谐光子晶体自准直A-MZIF传输特性分析  62-64
    5.4.3 与光子晶体波导型MZI滤波器的性能比较  64
  5.5 结构优化  64-70
    5.5.1 串联结构优化  64-66
    5.5.2 级联结构优化  66-70
  5.6 本章小结  70-71
结论  71-73
参考文献  73-78
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  78-79
致谢  79-80
作者简介  80

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 基本电子电路 > 滤波技术、滤波器
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