【正文】 當(dāng)多模干涉區(qū)橫截面兩個方向尺寸相當(dāng)時，就必須考慮二維自映像效應(yīng)，這樣將原來的 MMI器件向三維空間拓展，可獲得更高集成度的 MMI器件。 ，分析了搶險之下 MMI器件的帶寬，并指出當(dāng) NN? MMI器件的路數(shù) N＞ 8 8?N 時很難得到令人滿意的帶寬。 MMI器件由于具有插入損耗小、結(jié)構(gòu)緊湊、制作容差性好、工藝簡單及對偏振不敏感等優(yōu)點，已越來越多地應(yīng)用于光通信系統(tǒng)中。 MMI 型陣列波導(dǎo)光柵復(fù)用器 /解復(fù)用器 波分復(fù)用技術(shù)可以充分利用光纖巨大的帶寬資源，可以同時傳輸多種不同類型的信號，可以實現(xiàn)單根光纖雙向傳輸，具有高度的組網(wǎng)靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性。由于 L π 是入射波長的函數(shù)，只要合理選擇多模波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得多模波導(dǎo)的長度為某一波長的 L π 偶數(shù)倍，為另一波長 L π 的奇數(shù)倍，多模干多模 波導(dǎo) 多模 波導(dǎo) 多模波導(dǎo)移相器 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 18 涉耦合器就可以實現(xiàn)兩波長分離。多模干涉成像規(guī)律取決于包層折射率差和波導(dǎo)芯層的兩者之間的大小。如 圖所示，這種光開關(guān)結(jié)構(gòu)的輸入和輸出端是由兩個 N N MMI 型耦合器組成，用來連接前后兩段多模波導(dǎo)的 N 條波導(dǎo)臂移相器則是中間的陰影部分。在這種情況之下，連接光 波導(dǎo)的網(wǎng)絡(luò)分復(fù)雜，芯片面積需要很大，插入損耗會很長，因此需要找到一個短程的多址分束器。此外定向耦合器的耦合長度與光波長的偏振狀態(tài)有關(guān)，利用這些特點，可以設(shè)計出波分器和選偏器等。定向耦合器不加電壓，且器件長度 L 與耦合長度 0L 之比是奇數(shù)倍時，定向耦合處于交叉狀態(tài)。 定向耦合光開關(guān) 當(dāng)兩條結(jié)構(gòu)相反彼此平行的光波導(dǎo)相互靠近到一定距離時就會產(chǎn)生光功率的交換。 耦合模式方程 首先我們假設(shè)波導(dǎo) 1 中傳輸?shù)哪Ｊ椒謩e為 12EE、 ，彼此間不存在耦合，那么 12EE、均可以表示為： 0( , , , ) ( , ) e xp [ ( ) ]E x y z t A x y i t z??? ? ? （ ） 且滿足微分方程： 0dE dz i E?? （ ） 其中 ( , )Axy 是橫截面的場分布。對于同一模序 ,m mTE 和 mTM 具有相似場分布。一種稱為 TE 模，它只有一個沿 y 方多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 15 向的電場分量；另一種稱 為 TM 模，它只有一個沿 y 方向的磁場， TE 模的磁場在 xz? 平面內(nèi)，而 TM 模的電場在 xz? 平面內(nèi)。 平面光波導(dǎo)的主要性能 平面光波導(dǎo)的主要性能主要是指它的傳播模式的選擇、傳輸?shù)膿p耗、色散以及輸出光場分布等等。在導(dǎo)波光學(xué)中，通常稱 0k? 為等效折射率，則 01sinN k n??? （ ） （ 1）當(dāng)膜厚度 h 一定時，對于給定的 m ，只有一個確定的 0k? 與之對應(yīng)，因此也只有一個確定的比值與其對應(yīng)。并且，如果波在兩分界面之間來回傳播一次產(chǎn)生的相位變化正好是 2? 的整數(shù)倍時，則多次來回來回傳播所形成的多個駐波都可以用同一個駐波方程來描述，這樣的駐波場是穩(wěn)定的。那么，根據(jù)菲涅爾定律可知，平面平板波導(dǎo)中有三種不同的模： （ 1）如果光線的入射角 ? 較小，滿足 13 12pp? ? ???，那么光在波導(dǎo) 薄膜上下界面均不發(fā)生全反射，因此，將有一部分光折射進(jìn)覆蓋層和襯底層，輻射出波導(dǎo)，這種模式稱為輻射模； （ 2）如果 ? 滿足 13 12,pp? ? ??? 在在波導(dǎo)和覆蓋層的臨界面上發(fā)生全反射，在波導(dǎo)和襯底臨界面上發(fā)生部分反射，這樣仍有一部分光波折射進(jìn)襯底，這種模式稱為襯底輻射模； （ 3）波導(dǎo)薄膜內(nèi)光線的入射角 ? 滿足 12 13,pp? ? ???這樣在上下兩個臨界面 上均發(fā)生全發(fā)射，這樣光線就被限制在波導(dǎo)薄膜里傳播，傳播路徑成鋸齒型，這種模式稱為導(dǎo)波模式或?qū)?，即光受到波?dǎo)薄膜的引導(dǎo)而傳播。 多模干 涉型光耦合器的仿真設(shè)計 12 比較上述 3種干涉器件單像和多像出現(xiàn)的位置可知 ， 要得到結(jié)構(gòu)緊湊的器件 ，便 要采用成對干涉或?qū)ΨQ干涉的多模干涉器件 ， 但要達(dá)到這種結(jié)構(gòu)緊湊的要求需 要嚴(yán)格的輸入波導(dǎo)設(shè)置。在長度為 38L? 奇數(shù) 倍的多模波導(dǎo)終端 ， 得到輸入場的兩重像。 為實現(xiàn)這一要求 ， 輸入波導(dǎo)必須設(shè)置為關(guān)于多模波導(dǎo)中線對稱。其中 , 當(dāng)長度為 L? 奇數(shù)倍時 ， 多模波導(dǎo)終端得到的是和輸入場 ( ,0)y? 關(guān)于多模波導(dǎo)中線成軸對稱的反演像 ；當(dāng) 長度為 L?偶數(shù)倍時， 多模波導(dǎo)終端得到輸入場的正像。其中 ,PN為互質(zhì)的自然數(shù)。對于一般性干涉多模干涉耦合器在長度為 3L? 整數(shù)倍的多模波導(dǎo)的終端，可得到輸入場的單個像，在這些像中，長度為 3L? 奇數(shù)倍多模波導(dǎo)終端，得到的是和輸入場 ( ,0)y? 關(guān)于多模波導(dǎo)中線 ( 0)y? 成軸對稱的反演像；在長度為 3L? 偶數(shù)倍多模終端，得到的是輸入場的正像（再現(xiàn)）。限制性干涉又可分為成對干涉和對稱干涉。正是由于這種不同模式間的相位的相對移動 引起 多模波導(dǎo)不同位置處光場橫向分布和多模波導(dǎo)起始端 ( 0z? 處 ) 的光場橫向分布發(fā)生變化。 隔離度 隔離度是指光耦合器件某一光路對其他光路中光信號的隔離能力。它定義為器件在工作帶寬范圍內(nèi)，各輸出端口輸出光功率的最大變化率。因此不同種類的光耦合器之間，插入損耗的差異并不能反映設(shè)計及制作質(zhì)量的優(yōu)劣。具有這種結(jié)構(gòu)的耦合器件稱為 NM? 多模干涉耦合器。 N 值較大的 MN? 型 MMI 耦合器有很多重要的應(yīng)用，這些應(yīng)用包括集成光開光、多信道上下路光復(fù)用器、相位陣列波分復(fù)用 /解復(fù)用器等。雙向傳輸?shù)膯栴}可以將兩個方向的信號分別安排在不同波長傳輸即可解決。 。 光波分復(fù)用的優(yōu)點 是目前解決通信容量危機(jī)的最佳選擇方案。 2 2 21 1 0 2 0 2 0( ) ( )( ) ( )mmo m mJ n k a K n k an k J n k a n k K n k a??? ? ? ????? ? ? ? ? ? （ ） 該式?jīng)Q定了傳播常數(shù) ? 的可能值： （ 1）因子 ize? 描述了光在 z 軸方向的傳輸， ? 稱為傳播常數(shù)。( ) ( )( ) ( )mmJ a K aJ a K a??? ? ? ???； 該式稱為色散關(guān)系。mmA J a C K a??? ? ? 39。式 ()的解是 () ime ???? ○ 2 ，它描述了光場在角向是如何變化的，由于角函數(shù)的周期性，即 ( ) ( 2 ),? ? ? ? ???m 必須是一個整數(shù)。光纖時絕緣介質(zhì)，因此其自由電荷密度是 0?? ，傳導(dǎo)電流密度 0j? 。 假設(shè)光纖長為 L ，當(dāng)入射角 00i?? ，光線穿過光纖的最短時間為 mint ，從理論上可以給出min:t 1m in1nLLLt v c n c? ? ? () 當(dāng)光線以臨界角入射穿過光纖時需要花費的時間最長，為 maxt 。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 ? 。 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。 。 本章主要介紹了光在光纖中的傳播，用幾何光學(xué)法和波動光學(xué)法對其進(jìn)行分析。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。 在接入網(wǎng)領(lǐng)域，隨著寬帶接入用戶對視頻業(yè)務(wù)、 VOD、 IPTV 及互動游戲等極占帶寬的業(yè)務(wù)需求的不斷增長，對帶寬的需求也在呈現(xiàn) 出不斷增長的趨勢。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 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。從 實驗中得到包層折射率、波導(dǎo)折射率和波導(dǎo)長度及寬度對光場分布的影響。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 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 )成績評定表 學(xué)生姓名 熊杰 性別 男 學(xué)號 05083020 專 業(yè)班 級 光信息科學(xué)與 技術(shù) 0801 課題名稱 多模干涉型光學(xué)耦合器的仿真設(shè)計 課題 類型 實際應(yīng)用 難度 一般 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間 ———— 指導(dǎo)教師 時堅 (職稱 講師 ) 課 題 任 務(wù) 完 成 情 況 論文 (千字 )； 設(shè)計、計算說明書 (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附件 )： 指導(dǎo)教師意見 分項得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí)態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績： 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 評閱教師意見 分項得分：選題 分； 開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 外文翻譯 分 評閱成績： 評閱教師 (簽字 )： 年 月 日 驗收小組意見 分項得分：準(zhǔn)備情況 分； 畢業(yè)設(shè)計（論文）質(zhì)量 分； （操作）回答問題 分 驗收成績： 驗收教師 (組長 )(簽字 )： 年 月 日 答辯小組意見 分項得分：準(zhǔn)備情況 分 ； 陳述情況 分 ； 回答問題 分 ； 儀 表 分 答辯成績： 答辯小組組長 (簽字 )： 年 月 日 成績計算方法 指導(dǎo)教師成績 20 (％ ) 評閱成績 30 (％ ) 驗收成績 20 (％ ) 答辯成績 30 (％ ) 學(xué)生實得成績 (百分制 ) 指導(dǎo)教師成績 評閱成績 驗收成績 答辯成績 總評 答辯委員會意見 畢業(yè)論文 (設(shè)計 )總評成績 (等級 )： 學(xué)院 答辯委員會主任 (簽字 )： 學(xué)院 (簽章 ) 年 月 日 備 注 目錄 摘要 ..................................................................... 12 Abstract ................................................................. 13 1 引言 .................................................................... 1 本文內(nèi)容簡介 ........................................................... 1 2 光纖中光的傳播 .......................................................... 2 幾何光學(xué)法 ............................................................ 2 ............................................................ 3 3 波分復(fù)用光傳輸技術(shù) ....................................................