【正文】 于在下表面上的臨界角； （ 3）膜越厚，存在的模式數(shù)越多。該方程求解困難，但是對于一定的 0 1 2,n n n 和 m 可以從 ? 的值計算出薄膜厚度 h ，這樣 h 和 ? 就建立起了一一對應(yīng)的關(guān)系。這就是說在波導(dǎo)內(nèi)每來回一次全反射，都可以再波導(dǎo)的橫向上形成一個駐波。 平面波導(dǎo)中模的基本概念 假設(shè)波導(dǎo)是二維均勻波導(dǎo)，且各層材料是各向同性的，入射光是平面波，假設(shè)13 12,pp??分別是波導(dǎo)和覆蓋層以及波導(dǎo)和襯底層兩個界面的全反射臨界角。由這些縱向位置便可確定不同功能多模干涉耦合器的長度 ， 由橫向位置便可得到如何設(shè)置多模干涉耦合器輸出波導(dǎo)。 長度為 34L? 奇數(shù)倍的多模波導(dǎo)終端得到反演像和輸入場 ( ,0)y? 關(guān)于多模波導(dǎo)中線成軸對稱 ；在 長度為 34L? 偶數(shù)倍的多模波導(dǎo)的終端得到輸入場的正像。 在對稱干涉多模干涉耦合 器中 ，當(dāng) 模次 1,3,5....?? 時，場激勵系數(shù) 0C?? 。 這樣就 會使得對稱的輸入場和反對稱的模場積分為 0, 使場激勵系數(shù)為 0 ；在長度為 L? 整數(shù)倍的多模波導(dǎo)的終端 ， 得到的是輸入光場 的單個像。 N 重像長度為 3pLN? 處得到。 根據(jù)上述方法，便可推導(dǎo)多模波導(dǎo)任一截面橫向場分布。一般性干涉耦合器的基本原理是基于一般性干涉原理，基于限制性干涉原理 的則是 限制性干涉耦合器。 根據(jù)導(dǎo)模分析法，光場在多模波導(dǎo)任一截面的分布可以寫成所 有導(dǎo)模的線性疊加，表示為： 10( , ) ( , ) e x p [ ( ) ]mvvvy z C y z j w t z???? ? ? ?? （ ） 將（ ）提出公因式 0exp( )j j t????，其模恒等于 1，則（ ）可寫為： 100( , ) ( ) e x p [ ( ) ]mvvy z C y j z??????? ? ? ?? （ ） 在多模波導(dǎo)區(qū) ， 不同模式光由于其傳播速度不同 , 會 存在傳播常數(shù)差 , 易知當(dāng) z 不等于 0 時 ， 不同模式光的相位會發(fā)生相對移動 ， 隨之會使各個模式間的相位關(guān)系與入射時光場發(fā)生變化。因此往往要求器件有足夠小的偏振相關(guān)損耗，否則將影響器件的使用效果。 均勻性 對于要求均勻分光的耦合器（例如 1:1 耦合器），均勻性就是用來衡量均勻器件“不均勻程度”的參數(shù)。 附加損耗 附加損耗定義為 所有輸出端口的光功率總和相對于全部輸入光功率的減小值，其單位為分貝 ( ),dB 表示為： 1 0 lg ( )outinpE L dBp?? ? （ ） 需要注意的是，對于光耦合器而言，附加損耗反應(yīng)的是器件設(shè)計及制作過程中所產(chǎn)生的多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 9 固有損耗，而插入損耗則表示各個輸出端口輸 出功率的情況，不僅有固有損耗的因素，還應(yīng)該考慮分光比的影響。為了使光能夠輸入以及輸出多模波導(dǎo)，還必須有一些輸入輸出波導(dǎo)（一般為單模波導(dǎo)）放置在多模波導(dǎo)的起始端和終止端。 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 8 4 多模干涉原 理 概述 近年來，隨著集成光學(xué)的發(fā)展，多模干涉耦合器件在集成光路中的應(yīng)用日益引起了人們的關(guān)注。由于不同波長的光載波信號可以看做相互獨立，從而在一根光纖中可實現(xiàn)多路光信號的傳輸復(fù)用。 WDM 系統(tǒng)中的光纖放大器直接將輸入的光信號進(jìn)行放大，無 需實現(xiàn)光 電 光的轉(zhuǎn)換，減少了光傳輸系統(tǒng)中的器件，在一根單模光纖上傳輸N 波分復(fù)用的光信號時， WDM 的所有波長的光信號一起得到放大，在每一個中繼器處都可將放大器的數(shù)目減少到非 WDM 系統(tǒng)的 N 分之一。通常將波分復(fù)用簡寫為 WDM，光波分復(fù)用的實質(zhì)是在光纖上進(jìn)行光頻分復(fù)用。 2 2 2 2 2 2 39。39。z a z aEE???? ????? 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 6 ( ) ( )||zzaaEE???? ??????????? （ ） 將（ ）代入（ ），可得： ( ) ( ) 。式 ()的解是 () izZ z e?? ○ 1 ，它描述了光波是如何在 z 軸方向傳播的， ? 一般稱為傳播常數(shù)。波動光學(xué)法是從著名的麥克斯韋方程出發(fā)。這就是幾何光學(xué)關(guān)于光線在光纖中傳輸?shù)幕驹?，由于光纖很長，光在傳播中會發(fā)生很多次的多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 3 全反射，為了保證衰減，我們需要百分之百的全反射，因為每次反射中的一小點衰減在多次反射后將導(dǎo)致巨大的衰減。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，這樣才會產(chǎn)生內(nèi)全反射。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、安全性高的獨一無二的特點，所以光纖通信是滿足這種帶寬需求的最佳方案。 ，以及對模式本征方程的分析 ，主要對 MMI 耦合器的分析。 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。 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、價格低廉的光器件已成為我們所需要解決的首要問題。在長距離的光信號傳輸中，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。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。 本文首先用幾何光學(xué)法和波動光學(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，最后通過對簡單的 MMI 型耦合器的仿真，對其中光場的分布進(jìn)行了實驗和討論。 —— 10 完成論文寫作并進(jìn)行修改。 — — 5 選取耦合器參數(shù)，設(shè)計多模干涉型光學(xué)耦合器 —— 6 對結(jié)果進(jìn)行分析。 3． 完成本課題的工作方案 —— 1 查閱相關(guān)資料，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。 3 如何對多模干涉型光耦合器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。 本課題只研究多模干涉型光耦合器，通過對多磨干涉光耦合器的就夠參數(shù)的選擇，用 OptiBMP 設(shè)計出合理的耦合器，并通過比較不同參數(shù)時耦合器的性能而選擇出性能最優(yōu)的多模型光耦合器的參數(shù)。 指導(dǎo)教師簽字： 2020 年 3 月 日 西安郵電 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 課題名稱： 多模干涉型光學(xué)耦合器的仿真設(shè)計 電子工程 學(xué)院 光電子技術(shù)系 系（部） 光信息科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 0801 班 學(xué)生姓名 ： 熊杰 學(xué)號 ： 05083020 指導(dǎo)教師 ： 時堅 報告日期 ： 2020 年 3 月 日 1． 本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 近幾十年來，隨著 IP 業(yè)務(wù)的的迅猛發(fā)展，電信領(lǐng) 域各種寬帶業(yè)務(wù)迅速更新，人們期待能在電信網(wǎng)上實現(xiàn)更高質(zhì)量保證的寬帶業(yè)務(wù)，光網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)被公為是理想的解決方案。 —— 7 做一個關(guān)于 多模干涉耦合器的應(yīng)用 的專題報告。 —— 2 了解多模干涉型光學(xué)耦合器的應(yīng)用，目前的發(fā)展。 6 對結(jié)果進(jìn)行整理，討論光波在耦合器中光能量的傳輸及 多模干涉耦合器的應(yīng)用 。 3 通過組內(nèi)討論，理解多模干涉原理。 西 安 郵 電 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文） 題 目： 多模干涉型光 學(xué) 耦合器的仿真設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 多模干涉型光 學(xué) 耦合器的仿真設(shè)計 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 2 整理文獻(xiàn)，了解多模干涉型光學(xué)耦合器的應(yīng)用，目前的發(fā)展。 5 對系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真，對結(jié)果進(jìn)行分析。 開始日期 2020 年 2 月 27 日 完成日期 2020 年 6 月 10 日 主管院長 (簽字 ) 2020 年 3 月 1 日 西 安 郵 電 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文 ) 工 作 計 劃 學(xué)生姓名 ： _ 熊杰 _指導(dǎo)教師 ： _ 時堅 職稱 ： 講師 學(xué) 院 ： _ 電子工程學(xué)院 _ 系部 ： __光電子技術(shù)系 專 業(yè) ： 光信息科學(xué)與技術(shù) 題 目 ： _ 多模干涉型光學(xué)耦合器的仿真設(shè)計 工作進(jìn)程 起止時間 工 作 內(nèi) 容 —— 1 查閱相關(guān)資料，閱讀相關(guān)文獻(xiàn)。 —— 5 選取耦合器參數(shù)，設(shè)計多模干涉型光學(xué)耦合器 —— 6 對結(jié)果進(jìn)行分析。 激光 , 2020 3 基于多模干涉耦合器的陣列波導(dǎo)光柵設(shè)計研究 黃耐容， 王謙 光子學(xué)報 , 2020 4 多功能 2 2GaAs/GaAlAs 多模干涉型光開關(guān)分析 蔡純， 張夕飛， 朱建彬， 張明德， 肖金標(biāo) 電子學(xué)報 , 2020 5《物理光學(xué)與應(yīng)用光學(xué)》石順祥 西安電子科技大學(xué)出版社 6《光纖通信》 Gerd keiser 電子工業(yè)出版社 主要儀器設(shè)備及材料： 計算機(jī) 論文 (設(shè)計 )過程中教師的指導(dǎo)安排： 每周 周一上午 3— 4 節(jié) 周四下午 1— 2 節(jié) 對計劃的說明： 本人將嚴(yán)格按照上訴計劃執(zhí)行，在規(guī)定時間