【正文】 ..... 2 ............................................................ 3 3 波分復(fù)用光傳輸技術(shù) ...................................................... 7 ........................................................7 ..........................................................7 WDM的基本原理 ............................................................7 4 多模干涉原理 ............................................................ 8 .....................................................................8 ..........................................................8 MMI耦合器的性能指標(biāo) ......................................................8 插入損耗 ............................................................ 8 附加損耗 ............................................................ 8 分光比 .............................................................. 9 均勻性 .............................................................. 9 偏振相關(guān)損耗 ........................................................ 9 隔離度 .............................................................. 9 .................................................10 5 波導(dǎo)器件傳光的基本原理 ................................................. 12 .......................................................12 平板光波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)及簡單傳輸原理 ..................................... 12 平面波導(dǎo)中模的基本概念 ............................................. 12 模式本征方程 ....................................................... 13 .....................................................14 .........................................................15 耦合模式方程 ....................................................... 15 6 波導(dǎo)開關(guān)器件 ........................................................... 15 ...........................................................16 、 MMI光開關(guān) .............................................................16 MMI型 2波長波分復(fù)用器 ...................................................17 MMI型陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器 /解復(fù)用器 ........................................18 7 仿真及其分析 ........................................................... 19 ： ..............................................................25 MMI耦合 器的級(jí)聯(lián)： .............................................25 致謝 ..................................................................... 31 參考文獻(xiàn) ................................................................. 32 譯文 ..................................................................... 33 摘 要 隨著光通信的迅猛發(fā)展，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求越來越高，傳統(tǒng)的光通信已經(jīng)不能滿足人們的通信需求。而波分復(fù)用技術(shù)是解決光通信的容量和速率的最佳解決方案。多模干涉型（ MMI）光耦合器因其結(jié)構(gòu)緊湊，頻帶寬以及對(duì)偏正不敏感等特性而成為為波分復(fù)用技術(shù)最主要的器件，越來越多得應(yīng)用于光通信中了。 本文首先用幾何光學(xué)法和波動(dòng)光學(xué)法介紹了光在光纖中的傳播，然后簡單闡述了光的波分復(fù)用技術(shù)，然后討論了多模干涉的原理，再進(jìn)一步的討論了波導(dǎo)器件傳光的基本原理，最后通過對(duì)簡單的 MMI 型耦合器的仿真，對(duì)其中光場的分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和討論。從 實(shí)驗(yàn)中得到包層折射率、波導(dǎo)折射率和波導(dǎo)長度及寬度對(duì)光場分布的影響。從而根據(jù)參數(shù)的選擇來設(shè)計(jì)出適合各種場合的多模干涉型器件。 關(guān)鍵詞：光的傳播、波分復(fù)用、多模干涉、波導(dǎo)器件、 MMI 耦合器 Abstract With the rapid development of optical munication, the high demand for work bandwidth increasingly, traditional optical munication cannot meet the people39。s munication needs. WDM technology is the best solution to solve the capacity and rate of optical munication. MMI (MMI) optical coupler because of its pact structure, frequency bandwidth, and do not sensitive to Polarization characteristics is the most important devices for wavelength division multiplexing technology, more and more MMI was used in optical munications. This paper first use the geometrical optics method and wave optics propagation to describes the light in the fiber, and then briefly discusses the light wavelength division multiplexing technology, and then discuss the principle of multimode interference, and further discussion of waveguide devices to pass light the basic principles, and finally through the simulation of the simple MMI coupler, the light field distribution experiments and discussions. From the experiment, the refractive index of the cladding, the waveguide refractive index and waveguide39。s length and width affect the optical field distribution. Thus the selection of parameters to design the multimode interference devices for all occasions. Key words: the light propagation, wavelength division multiplexing, multimode interference waveguide devices, MMI coupler 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 1 1 引言 隨著光通信系統(tǒng)朝著高速率、大 容量的方向發(fā)展，開發(fā)出性能優(yōu)良的集成光學(xué)器件已成為人們迫切的需要。多模干涉型光學(xué)耦合器相比于傳統(tǒng)耦合器具有結(jié)構(gòu)緊湊，頻帶較寬以及對(duì)偏振不敏感的特性，已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。 課題研究的目的和意義 近年來隨著電信通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，人們希望能有高質(zhì)量的寬帶，而光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)被認(rèn)為是最理想的解決方案。在長距離的光信號(hào)傳輸中，世界范圍內(nèi)出現(xiàn)了干線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的熱潮，傳輸帶寬和容量都在快速的發(fā)展。 在接入網(wǎng)領(lǐng)域，隨著寬帶接入用戶對(duì)視頻業(yè)務(wù)、 VOD、 IPTV 及互動(dòng)游戲等極占帶寬的業(yè)務(wù)需求的不斷增長，對(duì)帶寬的需求也在呈現(xiàn) 出不斷增長的趨勢。用戶需求調(diào)查顯示，為了滿足上述用戶的需求，高端用戶的下行接入需求將達(dá)到 20MB~30MB， 而到 2050時(shí)將會(huì)更高，將達(dá)到 50MB~100MB 的帶寬需求，這顯然是目前依托電話線的 ADSL 所能提供的 2M~3M 的帶寬所不能完成的。因此對(duì)以無源光網(wǎng)絡(luò) （ PON） 等技術(shù)為支持FTTH 等光線接入技術(shù)的需求無疑是一種機(jī)遇和挑戰(zhàn)。 隨著光纖通信系統(tǒng)的發(fā)展，光器件的需求無疑也是巨大的，對(duì)其發(fā)展也是一種機(jī)遇和挑戰(zhàn)，如何開發(fā)出性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的光器件已成為我們所需要解決的首要問題。在光通信所用的各種器件中，光耦 合器是一種能使傳輸中的信號(hào)在特定結(jié)構(gòu)區(qū)域內(nèi)發(fā)生耦合，再進(jìn)行分配的器件。正是由于它的這種特性，從波分復(fù)用 （ WDM）系統(tǒng)到無源光網(wǎng)絡(luò)（ PON）系統(tǒng)，光耦合器具有不可替代的地位。 本文內(nèi)容簡介 本文主要介紹了光在光纖中傳播時(shí)所用的波分復(fù)用技術(shù)及對(duì)多模干涉型耦合器的原理和其中的光場的一些討論。 引言：主要介紹了課題研究的相關(guān)背景、目的、意義以及簡單的介紹了多模干涉型光耦合器的優(yōu)點(diǎn)。 本章主要介紹了光在光纖中的傳播，用幾何光學(xué)法和波動(dòng)光學(xué)法對(duì)其進(jìn)行分析。 本章主要介紹了波分復(fù)用傳輸 技術(shù)，從其概念、優(yōu)點(diǎn)和原理對(duì)其有一個(gè)簡單的認(rèn)識(shí)。 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 2 ，以及對(duì)多模干涉的光場進(jìn)行了討論，介紹了 MMI 耦合器的性能指標(biāo)。 ，以及對(duì)模式本征方程的分析 ，主要對(duì) MMI 耦合器的分析。 。 2 光纖中光的傳播 使用光波來通信已經(jīng)有五千多年的歷史了。在古代，人們就通過控制燈光的明滅來傳送信息，近年來，隨著光纖以及諸多光器件的出現(xiàn)，光纖通信已經(jīng)成 為長距離寬帶通信的核心技術(shù)。隨著傳輸帶寬用量需求的巨大增長，尤其是因特網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)的快速增長，人們對(duì)傳輸帶寬有著巨大的需求，而光纖通信具有海量帶寬、低損耗、輕便緊湊、安全性高的獨(dú)一無二的特點(diǎn)，所以光纖通信是滿足這種帶寬需求的最佳方案。 光在光纖中的傳播分析方法有幾何光學(xué)法和波導(dǎo)光學(xué)法。 幾何光學(xué)法 光在光纖中的傳播可以用簡單的幾何光學(xué)原理來說明。光纖的結(jié)構(gòu)包括 3 層：纖心、包層以及最外面起保護(hù)作用的涂覆層。纖心和包層的折射率分別是 1n 和 2n ，空氣的折射率為 0n 為了使光線在光纖中傳播，纖心的折射率必須比包層的折射率大，這樣才會(huì)產(chǎn)生內(nèi)全反射。假設(shè)光線入射的角度為 i? ，折射角為 r? ，在光纖內(nèi)部光線從纖心到包層的入射角是 ? 。則在光纖中能發(fā)生全反射的最小角度 c? 為 21arcsin( )cnn? ? () 當(dāng)光線以臨界角入射時(shí)，入射角 i? 記為 ic? ，根據(jù)幾何關(guān)系， ic? 可以用 1n 和 2n 來表示由090cr???? 和 1si n si no ic rnn??? 可知： 01si n si nic rnn???