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基于遗传算法的集成光子器件对准研究

作　者: 李雅娟
导　师: 段吉安
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 集成光子器件 单模阵列光纤 平面光波导 对准耦合技术
分类号: TN256
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 31次
引　用: 2次
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内容摘要


由于集成光子器件能够完成庞大光学系统的光信息处理,具有结构紧凑、抗干扰、性能一致性好的优点而越来越受重视。目前,芯片制造与器件封装是制约集成光子器件发展的瓶颈,而对准技术是集成光子器件封装过程中的关键,是器件实现功能的基础。高精度、高速度、低移动量的对准耦合算法对提高集成光子器件性能具有重要意义。首先,本文基于阵列光纤与阵列波导的场强分布理论,建立了单模阵列光纤场强分布实验模型,利用AA Modal光子集成器件对准平台,完成了单模阵列光纤场强分布实验。根据实验结果,分析了单模阵列光纤与阵列波导的场强分布规律,为研究对准耦合算法奠定了基础。基于波导光学理论,建立了阵列光纤与阵列波导对准耦合模型,分析了横向位错、纵向位错与角度偏差对平面光波导器件对准耦合的影响规律,以指导对准封装实验。基于单模阵列光纤与阵列波导的对准耦合模型,完成了爬山法、单纯形法、模式搜索法、遗传算法及其改进算法的仿真,分析了各个算法在光子集成器件对准耦合搜索过程中的优缺点,根据分析结果,提出了基于改进遗传算法的复合算法。利用AA Modal光子集成器件封装设备完成了单模阵列光纤与阵列波导的对准实验,根据仿真分析及实验结果,提出了遗传算法与模式搜索法的联合搜索,实验证明了其可行性,与爬山法相比,联合搜索算法的搜索过程可以减少平台81.38%的移动量,减少精对准搜索时间约77.43%,且对准成功率能够达到100%。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-8
第一章 绪论  8-16
  1.1 研究的背景与意义  8-10
  1.2 光纤—阵列波导对准算法的发展现状  10-14
    1.2.1 国内外已应用的光纤自动对准技术  10-13
    1.2.2 对准算法的研究现状  13-14
  1.3 论文选题与课题来源  14
    1.3.1 论文选题  14
    1.3.2 课题来源  14
  1.4 论文的主要研究内容  14-16
第二章 光子器件对准的模场耦合理论与实验分析  16-28
  2.1 单模阵列光纤模场分布  16-23
    2.1.1 单模阵列光纤场强分布的理论模型  17
    2.1.2 单模阵列光纤场强分布的实验模型  17-18
    2.1.3 单模阵列光纤模场分布的理论结果与实验结果比较分析  18-23
  2.2 单模阵列光纤-阵列波导耦合损耗理论  23-27
    2.2.1 单模阵列光纤-阵列波导对准耦合模型  23-24
    2.2.2 单模阵列光纤-阵列波导对准耦合公式  24-27
  2.3 本章小结  27-28
第三章 单模阵列光纤与平面光波导对准算法的仿真研究  28-52
  3.1 爬山法  29-33
    3.1.1 基本原理  29-30
    3.1.2 仿真结果  30-32
    3.1.3 仿真分析  32-33
  3.2 单纯形法  33-38
    3.2.1 单纯形法原理  33-35
    3.2.2 仿真结果  35-37
    3.2.3 仿真分析  37-38
  3.3 模式搜索法  38-40
    3.3.1 算法原理  38
    3.3.2 仿真结果  38-40
    3.3.3 仿真分析  40
  3.4 遗传算法  40-50
    3.4.1 算法原理  41-44
    3.4.2 仿真结果  44-49
    3.4.3 仿真分析  49-50
  3.5 仿真算法的比较分析  50
  3.6 本章小结  50-52
第四章 单模阵列光纤与平面光波导对准算法的实验分析  52-64
  4.1 实验条件  52-53
  4.2 粗对准算法实验  53
  4.3 精对准算法实验  53-62
    4.3.1 爬山法的对准实验  53-55
    4.3.2 模式搜索法的对准实验  55-57
    4.3.3 简单遗传算法的对准实验  57
    4.3.4 简单遗传算法与爬山法组合的对准实验  57-58
    4.3.5 简单遗传算法与模式搜索法组合的对准实验  58-60
    4.3.6 改进的遗传算法与模式搜索法组合的对准实验  60-62
  4.4 实验分析  62-63
  4.5 本章小结  63-64
第五章 全文总结与展望  64-66
  5.1 全文总结  64-65
  5.2 展望  65-66
参考文献  66-70
致谢  70-71
攻读硕士学位期间的研究成果  71

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 波导光学与集成光学 > 集成光学器件
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