【正文】 ........ 3 3 波分復用光傳輸技術 ...................................................... 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 ......................................................8 插入損耗 ............................................................ 8 附加損耗 ............................................................ 8 分光比 .............................................................. 9 均勻性 .............................................................. 9 偏振相關損耗 ........................................................ 9 隔離度 .............................................................. 9 .................................................10 5 波導器件傳光的基本原理 ................................................. 12 .......................................................12 平板光波導的結構及簡單傳輸原理 ..................................... 12 平面波導中模的基本概念 ............................................. 12 模式本征方程 ....................................................... 13 .....................................................14 .........................................................15 耦合模式方程 ....................................................... 15 6 波導開關器件 ........................................................... 15 ...........................................................16 、 MMI光開關 .............................................................16 MMI型 2波長波分復用器 ...................................................17 MMI型陣列波導光柵復用器 /解復用器 ........................................18 7 仿真及其分析 ........................................................... 19 ： ..............................................................25 MMI耦合 器的級聯(lián)： .............................................25 致謝 ..................................................................... 31 參考文獻 ................................................................. 32 譯文 ..................................................................... 33 摘 要 隨著光通信的迅猛發(fā)展，人們對網(wǎng)絡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。多模干涉型（ MMI）光耦合器因其結構緊湊，頻帶寬以及對偏正不敏感等特性而成為為波分復用技術最主要的器件，越來越多得應用于光通信中了。從 實驗中得到包層折射率、波導折射率和波導長度及寬度對光場分布的影響。 關鍵詞：光的傳播、波分復用、多模干涉、波導器件、 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 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)良的集成光學器件已成為人們迫切的需要。 課題研究的目的和意義 近年來隨著電信通信業(yè)務的不斷發(fā)展，人們希望能有高質量的寬帶，而光網(wǎng)絡的建設被認為是最理想的解決方案。 在接入網(wǎng)領域，隨著寬帶接入用戶對視頻業(yè)務、 VOD、 IPTV 及互動游戲等極占帶寬的業(yè)務需求的不斷增長，對帶寬的需求也在呈現(xiàn) 出不斷增長的趨勢。因此對以無源光網(wǎng)絡 （ PON） 等技術為支持FTTH 等光線接入技術的需求無疑是一種機遇和挑戰(zhàn)。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構區(qū)域內發(fā)生耦合，再進行分配的器件。 本文內容簡介 本文主要介紹了光在光纖中傳播時所用的波分復用技術及對多模干涉型耦合器的原理和其中的光場的一些討論。 本章主要介紹了光在光纖中的傳播，用幾何光學法和波動光學法對其進行分析。 多模干 涉型光耦合器的仿真設計 2 ，以及對多模干涉的光場進行了討論，介紹了 MMI 耦合器的性能指標。 。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。 光在光纖中的傳播分析方法有幾何光學法和波導光學法。光纖的結構包括 3 層：纖心、包層以及最外面起保護作用的涂覆層。假設光線入射的角度為 i? ，折射角為 r? ，在光纖內部光線從纖心到包層的入射角是 ? 。當入射角 i ic??? 時，光線在纖心中和包層界面上發(fā)生內全發(fā)射，因而光線在光纖中傳播時不會有嚴重的衰減；然而，當 i ic??? 時，光線在纖心和包層的界面上會發(fā)生能量泄露，造成嚴重的衰減。 假設光纖長為 L ，當入射角 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? ? ? () 當光線以臨界角入射穿過光纖時需要花費的時間最長，為 maxt 。為了避免不同傳播時間的信息相互混淆，最大帶寬 B 為 )1(11211 ????nncLntB () 動光學法 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光學理論來分析，尤其是模式理論，才能解釋在光纖中發(fā)生的現(xiàn)象。光纖時絕緣介質，因此其自由電荷密度是 0?? ，傳導電流密度 0j? 。 是拉普拉斯算 子，由于光纖的圓柱對稱 性，所以在柱坐標下解（ ）很方便，為了方便，首先處理電場在 z 軸的分量 zE ， 這時（ ）變?yōu)椋? 2 2 20 0zzE n k E? ? ? （ ） 在柱坐標下，（ ）式可以可以寫成： 22 2202 2 211( ( ) ) ( , , ) ( , , )zzE z n k E zz? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ?? ? ? ? 2 2 2 2202 2 2 211( ) ( , , ) ( , , )zzE z n k E zz ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? 2 2 2 2202 2 2 2( , , ) ( , , ) ( , , ) ( , , )11 ( , , )z z z z zE z E z E z E z n k E zz? ? ? ? ? ? ? ? ??? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? 0? () 式（ ）是一個偏微分方程，包括三個變量 ( , , )z?? ，既然是線性微分方程，可以通過變量分離法求解，可假設 ( , , ) ( ) ( ) ( )zE z F Z z? ? ? ? ??? （ ） 把式（ ）帶入式（ ），可以得到下面三個方程： 2 22() ( ) 0d Z z Zzdz ??? () 2 22() ( ) 0d md?? ??? ?? () 22 2 2 222( ) 1 ( ) ( ) ( ) 0od F d F mn k Fdd?? ??? ? ? ?? ? ? ? ? () 其中 m 是整數(shù)， ? 是常數(shù)。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)。當 0?? 時， ( ) ,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 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)學上可表示為： ( ) | ( ) | 。mmA J a C K a??? ? ? 39。( ) ( )mmA J a C K a? ? ? ?? ? ? ? ? 將這兩式相除，得： 39。( ) ( )( ) ( )mmJ a K aJ a K a??? ? ? ???； 該式稱為色散關系。nk????2 2