【正文】 但弱限制 MMI器件輸出波導(dǎo)的間距比較小，對(duì) 于輸出波導(dǎo)如何引出的問題和輸出波導(dǎo)間的相互耦合特性還需進(jìn)一步研究。在波分復(fù)用系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的器件是波長復(fù)用器和解復(fù)用器，其性能的好壞直接影響光波分復(fù)用系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量。所以，給定電極是否作用的兩種狀態(tài)下，研究作用電極的作用位置以及輸入光光場(chǎng)和輸出光光場(chǎng)在多模波導(dǎo)內(nèi)的分布情況，就可以得出電極作用時(shí)所需光場(chǎng)分布的改變情況，便可通過對(duì)電極參數(shù)的調(diào)整來滿足這種需要，設(shè)計(jì)出滿足特定要求的 MMI 光開關(guān)器件。 MMI 型結(jié)構(gòu)的光開關(guān)有以下兩種控制方式，第一種控制方式則是改變多模波導(dǎo)整體參數(shù)，通用的方法是利用電極，兩個(gè)具有不同折射率或者分布結(jié)構(gòu)參數(shù)的多模波導(dǎo)結(jié)構(gòu)在電極的作用下進(jìn)行切換，從而得到電極作用或電極不作用時(shí)兩種不同的輸出效果；第二種為相位控制，就是對(duì)光場(chǎng)相位的分布進(jìn)行調(diào)節(jié)來控制輸出光場(chǎng)。 一個(gè)確定長度的定向耦合器，其最關(guān)鍵的參數(shù)時(shí)耦合長度 0L ，它由描述兩波導(dǎo)耦合強(qiáng)弱的耦合系數(shù)決定。方程（ ）稱為耦合模方程，是研究和討論耦合效應(yīng)的基礎(chǔ)。 0m? 的導(dǎo)模稱為基模。即波導(dǎo)對(duì)入射角是具有選擇性的，而 m 只能取有限個(gè)正整數(shù)，所以平板波導(dǎo)所能維持的波導(dǎo)數(shù)量也是有限的； （ 2） 對(duì)于一定的模式，存在一個(gè)最小膜厚度（稱為截止膜厚）。既然在波導(dǎo)內(nèi)存在兩個(gè)方向相反的平面波，那么，由波動(dòng)光學(xué)可知 ，它們將形成駐波。 根據(jù)導(dǎo)模傳輸分析法便可以得到的基于 3種不同干涉原理的多模干涉耦合器中出現(xiàn)單像和多像縱向位置和橫向位置。以上討論中 ,PN為互質(zhì)的自然數(shù)。這兩個(gè)像關(guān)于多模波導(dǎo)的中線對(duì)稱分布 ， 相位相差 2? 。 多模干涉耦合器可以分為一般性干涉耦合器和限制性干涉耦合器。它是指當(dāng)輸入光偏振太發(fā)生 3600變化時(shí)，器件各輸出端口輸出光功率的最大變化量： 1 0 lg ( )o u tjjo u tjM IN pP D L d BM A X p?? （ ） 在實(shí)際應(yīng)用中，光信號(hào)偏振態(tài)的變化是經(jīng)常發(fā)生的。 插入損耗 對(duì) 于耦合器來說，插入損耗定義為指定輸出端口的光功率相對(duì)全部全部輸出光功率的減少值，該值通常用分貝（ dB）來表示： 1 0 lg ( )ovni inpLL dBp?? （ ） 其中 iLL 是第 i 個(gè)輸出波導(dǎo)的輸出損耗， ownp 是第 i 個(gè)輸出波導(dǎo)測(cè)得的光功率， inp 是由輸入波導(dǎo)輸入的光功率。WDM 本質(zhì)上是光域上的頻分復(fù)用（ FDM）技術(shù)，每個(gè)波長通路通過頻域的分割來實(shí)現(xiàn)，每個(gè)波長通路占用一段光纖的帶寬。 。nk????2 2 2 220nk???? 代入上式得： 2 2 2 2 2 21 0 2 02 2 2 39。當(dāng) 0?? 時(shí)， ( ) ,mY ?? ?? 但是光不能無窮大， B 必須為 0 ，同樣 D 必須為 0 ，這樣 ()F? 就可簡化為： ( ) ,()( ) ,mmA J aFC K a? ? ???? ????? ???? () 把式（ ○ 1 ）（即式 ()的解）、（ ○ 2 ）（ ()的解）、（ ）代入（ ）式，可以得到光場(chǎng) zE 的最終解為： ( , , , ) ( ) ,im i z i tzmE z t A J e e e a? ? ?? ? ?? ??? 或 ( , , , ) ( ) ,im i z i tE z t C K e e e a? ? ?? ? ?? ??? () 然后通過麥克斯韋方程可求的 , , , ,zH E E H H? ? ? ?利用纖心和包層表面的邊界條件可以求的常數(shù) ? 和 ? ，此邊界條件在數(shù)學(xué)上可表示為： ( ) | ( ) | 。為了避免不同傳播時(shí)間的信息相互混淆，最大帶寬 B 為 )1(11211 ????nncLntB () 動(dòng)光學(xué)法 由于光纖的橫向尺寸與光的波長相比擬，因而需要更為精確的波動(dòng)光學(xué)理論來分析，尤其是模式理論，才能解釋在光纖中發(fā)生的現(xiàn)象。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。 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(chǎng)進(jìn)行了討論，介紹了 MMI 耦合器的性能指標(biāo)。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)。 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。 —— 9 完成一篇英文論文的翻譯。 1 經(jīng)過小組討論掌握熟悉多模干涉型光耦合器的特點(diǎn)，掌握各種參數(shù)的計(jì)算方法； 2 經(jīng)過小組討論，熟悉軟件的使用方法并建模； 3 對(duì)多模 干涉型光耦合器的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，并設(shè)計(jì)出其初始結(jié)構(gòu)； 4 經(jīng)過修改參數(shù)，得到最優(yōu)的方案； 可行性分析：方案已經(jīng)建立，方法可行。多模干涉（ MMI） 光耦合器作為波導(dǎo)性光耦合器的一種，由于具有插入損耗較低，其結(jié)構(gòu)緊湊、制作工藝簡單、頻帶較寬、對(duì)偏振不敏感以及容差性好等特點(diǎn)，已經(jīng)開始越來越多的應(yīng)用于光纖通信系統(tǒng)中 。 —— 5 選取耦合器參數(shù)，設(shè)計(jì)多模干涉型光學(xué)耦合器 —— 6 對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 5 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件仿真，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 西 安 郵 電 大 學(xué) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目： 多模干涉型光 學(xué) 耦合器的仿真設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jì) 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)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(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 6 對(duì)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 。 —— 7 做一個(gè)關(guān)于 多模干涉耦合器的應(yīng)用 的專題報(bào)告。 本課題只研究多模干涉型光耦合器，通過對(duì)多磨干涉光耦合器的就夠參數(shù)的選擇，用 OptiBMP 設(shè)計(jì)出合理的耦合器，并通過比較不同參數(shù)時(shí)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)。 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)。 —— 10 完成論文寫作并進(jìn)行修改。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。 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。 ，以及對(duì)模式本征方程的分析 ，主要對(duì) MMI 耦合器的分析。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。波動(dòng)光學(xué)法是從著名的麥克斯韋方程出發(fā)。z a z aEE???? ????? 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 6 ( ) ( )||zzaaEE???? ??????????? （ ） 將（ ）代入（ ），可得： ( ) ( ) 。 2 2 2 2 2 2 39。 WDM 系統(tǒng)中的光纖放大器直接將輸入的光信號(hào)進(jìn)行放大，無 需實(shí)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(hào)時(shí)， WDM 的所有波長的光信號(hào)一起得到放大，在每一個(gè)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。 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 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。 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(duì)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(duì)于光耦合器而言，附加損耗反應(yīng)的是器件設(shè)計(jì)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(jì) 9 固有損耗，而插入損耗則表示各個(gè)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。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。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。 N 重像長度為 3pLN? 處得到。 在對(duì)稱干涉多模干涉耦合 器中 ，當(dāng) 模次 1,3,5....?? 時(shí)，場(chǎng)激勵(lì)系數(shù) 0C?? 。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)。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(gè)駐波。這時(shí) 0k? 等于 2n ，入射角 ? 等于在下表面上的臨界角； （ 3）膜越厚，存在的模式數(shù)越多。當(dāng)波導(dǎo)內(nèi)只允許有基模傳輸時(shí)，我們把這一波導(dǎo)稱為單模波導(dǎo)?！?2】 6 波導(dǎo)開關(guān)器件 在現(xiàn)代通信、光傳感、光電信息處理、光計(jì)算機(jī)及計(jì)算、光神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及光集成都多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 16 需要利用光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而波導(dǎo)光開光器件又是組成光網(wǎng)絡(luò)的重要器件。當(dāng)兩波導(dǎo)的耦合區(qū)長度 L 等于耦合長度 0L 時(shí)，光功率可從一條波導(dǎo)耦合向另一條波導(dǎo)，可見，只要選取適當(dāng)?shù)?L 大小即可獲得任意比例的功率分配。相位控制的 MMI 型多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計(jì) 17 結(jié)構(gòu)的光開關(guān)如圖 所示，一般情況下這種結(jié)構(gòu)被稱為具有 MMI 結(jié)構(gòu)的馬赫 曾德爾干涉儀型（ MMIMZI）光開關(guān)。 1 1 1 2 2 2 N