（光学专业论文）不依赖于偏振的集成光学x型tilinbo3波导耦合器的研制.pdf

中文摘要 光耦合器( c o u p l e r ) 就是类能使传输中的光信号在特殊结构的耦合区 发生耦合，并进行再分配的器件。x 型耦合器又称为2 2 耦合器，它具有 体积小、易于集成、机械及环境稳定性好等显著优点，是实际的光通讯网 络中不可缺少的关键器件，有着广阔的应用前景。本文设计并制作r 一种 新型的不依赖于偏振的集成光学x 型t i ：l i n b o ，波导耦合器，分为三种器 件：模分离器( m o d es p l i t t e r ) 、反射镜( r e f l e c t o r ) 和3 d b 耦合器( 3 r i bc o u p l e r ) 。 本研究得到了国家自然科学基金的资助，同时也是本课题组与深圳华为有 限公司进行合作的项目“集成光学声光可调谐滤波器( a o t f ) ”的重要组 成部分。 在实际分析和使用这三种耦合器时，离不开光波导与光纤的耦合。所 以在第一章中，首先采用具有很高精度的光束传播法0 3 v m ) 计算了”扩 散l n 妯0 ，波导中的模场分布，并对波导与单模光纤的耦合效率作了理论分 析。本文的第二章运用双模干涉理论详尽地分析了x 型耦合器的工作原理， 并采用b p m 法理论计算了耦合器的模场特性，确定了器件的各个结构和 工艺参数，讨论了三者各自的性能测试方案，对实际制作的模分离器和等 价结构的反射镜样品进行测量，结果表明与理论值符合得很好，能满足实 际w d m 网络的使用要求。在第三章中，我们以b p m 和g s m 法为基础， 提出了一种对x 型耦合器的结构参数和工艺参数进行自动优化的方法，大 大简化了理论计算的过程，并根据该自动优化流程很容易地确定了各种参 数对这三种耦合器性能的影响。模分离器和反射镜的一个重要应用就是用 于集成光学不依赖于偏振的声光可调谐滤波器但i a o t f ) 中，所以在第四 章中介绍了分别使用了模分离器和反射镜的单级和多级不依赖于偏振的 a o t f 的结构，并对其滤波特性作了理论模拟。测试实际制作的单级a o t f 的结果表明，其主要性能指标达到或超出了国内外同类器件的水平。最后， 文章对波导耦合器进行了总结，并展望了其未来。 关键词：耦合器不依赖于偏振模分离器反射镜a o t f a b s t r a c t c o u p l e ri ss u c ha d e v i c ei nw h i c ht h et r a n s m i t t i n go p t i c a ls i g n a l sc o u p l ee a c ho t h e r a n dn e w l yd i s t r i b u t ei ni t s s p e c i a lc o u p l i n g s t r u c t u r et h ex t y p e c o u p l e r i sa l s o c a l l e d2 2c o u p l e ri ti sv e r ys m a l l ，e a s yt ob ei n t e g r a t e d ，a n dh a sag o o dm e c h a n i c a l a n de n v i r o n m e n t a ls t a b i l i t ys oi t sak e yp a r ti nt h eo p t i c a lc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i nt h i s p a p e r an e wk i n do fi n t e g r a t e d o p t i c a lp o l a r i z a t i o n - i n d e p e n d e n tx t y p e w a v e g u i d e dc o u p l e ro nt i ：l i n b 0 3 s u b s t r a t ei s d e s i g n e d ，w h i c h i n c l u d e sm o d e s p l i t t e r , r e f l e c t o ra n d3d bc o u p l e r i ti sf u n d e db yn a t i o n a ln a t u r es c i e n c ef u n d s a n d c o o p e r a t e d w i t hs h e n z h e nh u a w e ic ol t d f i r s tt h eo p t i c a lf i e l dd i s t r i b u t i o ni nt h et i d i f f u s i o nw a v e g u i d ei sc a l c u l a t e db yt h e h i g h - p r e c i s i o n b e a mp r o p a g a t i o nm e t h o d ( b p m ) ，a n dt h ec o u p l i n ge f f i c i e n c yi s a n a l y z e dt h e o r e t i c a l l yb e t w e e n t h e w a v e g u i d e a n d s i n g l e m g d e f i b e r i nc h a p t e r 2 ，t h ep r i n c i p l eo f t h ex t y p ec o u p l e ri si n t r o d u c e di nd e t a i lo n t h eb a s i s o ft w o m o d ei n t e r f e r e n c ep h e n o m e n o n t h ei n t e n s i o nd i s t r i b u t i o ni nd i f f e r e n tp a n s o ft h et h r e ek i n d so fc o u p l e ri s c a l c u l a t e d ，a n d t h es t r u c t u r a la n df a b r i c a t i o n p a r a m e t e r so f m o d es p l i t t e ra n d r e f l e c t o ra r ed e t e r m i n e du s i n gb p ma n e x p e r i m e n t s e t u p i sd e s i g n e dt om e a s u r et h ec o u p l e r sp e r f o r m a n c et h e e x p e r i m e n tr e s u l ti sw e l l a c c o r d e dw i t ht h et h e o r e t i c a lf o r e c a s t ，a n dt h es a m p l ec a nm e e tt h er e q u e s to ft h e w d m s y s t e m t h e ni nc h a p t e r3 ，w e p r e s e n ta na u t o d e s i g nm e t h o do f t h es t r u c t u r e so f t h em o d e s p l i t t e ra n dr e f l e c t o rb a s e do nb p m a n dg s m ，w h i c hc a nd e c r e a s et h ea m o u n to f c o m p u t a t i o ng r e a t l y u s i n gt h i sm e t h o d ，w ea n a l y z ea n dd i s c u s st h e i n f l u e n c eo f t i d i f f u s i o nc o n d i t i o n so nt h es t r u c t u r a lo p t i m i z a t i o np a r a m e t e r sq u a n t i t a t i v e l y a ni m p o r t a n t a p p l i c a t i o n o ft h em o d es p l i t t e ra n dr e f l e c t o ri sp o l a r i z a t i o n i n d e p e n d e n ta c o u s t i c o p t i c a lt u n a b l ef i l t e r ( p i - a o t f ) s ot h ew o r k i n gp r i n c i p l e s a n df i l t r a t i n gc h a r a c t e r so ft h e s i n g l e - - a n dm u l t i s t e p a o t fa r ea n a l y z e di nt h e f o l l o w i n gp a r t i nt h ee n d ，t h i sp a p e rs u m m a r i z e st h ew o r k i n go nw a v e g u i d ec o u p l e ra n dl o o k s f o r w a r dt oi t sa p p l i c a t i o ni nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：c o u p l e r m o d e s p l i t t e r p o l a r i z a t i o n - i n d e p e n d e n t r e f l e c t o ra o t f 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得：墨垄盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：溺幽宴 签字日期：卫柳弓年月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盘洼盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨洼盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：谢瀚童 导师签名：功玛轷 签字日期：硼 年f 月7 日签字目期：声嘭年月日 天津大学硕士学位论文绪论 绪论 绪1集成光学与光波导器件的发展 光纤通信网络中使用了多种光器件和光电器件。这些器件中的光学部 分通常为三种结构：微光学结构、纤维光学结构和集成光学结构。1 9 6 9 年 美国贝尔实验室的s e m i l l e r 首先提出集成光学器件的设想。什么是集成光 学? 它是指各种光器件和光波导器件的集成技术，即采用各种半导体工艺， 在某种基片上制作出光器件和光波导器件，简称p i c ”。具体地说，就是在 一个细小的基片上实现光发射、光探测、光耦合、光分支、光波分复用、 光滤波、光开关等一种和几种功能，以达到器件的微型化和实现高功能密 度。平面光波导技术和平面微制造技术的成功结合使这一设想变为现实。 历经三十年的研究开发，特别是近十几年，光通信向高速率、大容量 的方向发展，对于光集成器件的需求越来越迫切；同时，随着半导体制作 技术的飞速发展，光集成器件不断涌现，有些器件己逐步成熟，开始从实 验室走向实用化。可以预期，光集成器件将在光通信、光交换、光传感等 领域大量使用，新的集成度更高的器件将逐渐取代现有的分立元件，并且 有一些平面集成光波导器件已经达到了商用化的水平【2 1 。 光纤通信与超大规模集成技术同为当今信息化社会的支柱性产业，两 者协调发展将成为人类文明进步的必要条件。光纤通信实用化以来，人们 在孜孜不倦地追求系统的完美与光学元器件的技术进步。就光纤通信的发 展趋势而言，首先是超高速大容量和长距离化，其次是扩展应用领域，向 着两点通信网络化发展。特别是近来光纤通信的传输速率与信息量正以惊 人速度增长，为提高系统性能相加快普及步伐，光波导器件己成为光纤通 信系统不可缺少的关键部件 3 1 。目前，光波导技术及相应的集成光学器件 和光电集成回路，己成为发达国家优先发展的领域1 4 l 。 绪2l i n b 0 3 光波导器件 光波导是光波的传播所规定的通道，是光集成的核心，大部分集成光 学器件，如光调制器、广开关、光功率分配器、光耦合器、波分复用器、 光滤波器、偏振分束器、微透镜等等，都是以光波导为基础的。各种光集 天津大学硕士学位论文绪论 成的结构，都是围绕光波导而展开的。 光集成中的光波导是用溅射、镀膜、扩散、光刻或离子注入等半导体 工艺在某种衬底上( 如l i n b 0 3 、s i 单晶、玻璃等) 加工出适合于某种波长 的光传输的通道。这种波导可以与器件或光纤相连接。波导的折射率是可 以控制的，利用电光、声光、磁光、热光效应可以调节折射率的变化，从 而实现对入射光的相位、强度、偏振、方向、波长的控制。可见，光集成 是离不开光波导的，只有设计制作出合格的光波导，才能集成出各种各样 的光器件。 l i n b 0 3 是制作光波导比较成熟的一种材料。用这种材料可以制作出相 位调制器、强度调铝4 器、耦合器、波分复用器等器件p 1 。它的主要优点有： 1 播损耗较低，一般为0 2 o 5 d b e m 。 2 。模式尺寸与单模光纤能很好地匹配，光纤与波导耦合损耗晟低已达 0 1 5 d b 。 ， 3 驱动电压较低，调制器和光开关的驱动电压最低己达o 3 5 v 。 4 调制带宽较宽，一般可达几个g h z ，采用行波电极可达4 0 g h z 。 5 集成度较高，已能构成几百个元件的开关阵列。 6 工艺比较成熟，已经可以批量生产。 综上，l i n b 0 3 晶体是一种比较成熟的材料，它有极好的压电、电光和 波导性质。除了不能做光源和探测器外，适合制作光的各种控制、耦合和 传输元件。有关器件性能已达到实用水平的报道颇多。另外，实验已证实 了系统的适用性和有效性，单元器件或小规模集成器件也开始用于实用装 置。 在铌酸锂晶体上利用高温下扩散钛条或者通过煺火质子交换( a p e ) 制 成光波导，限制光波在其内传播，形成了集成光学器件的基础。由于质子 交换方式能够增加e 光的折射率，降低。光折射率，因此在利用这种方法 制成的光波导内部传播的光只能是e 光，而钛扩散方式制成的光波导同时 增加晶体内部。光、e 光的折射率，并且具有低损耗、易与声波耦合等特点， 因此器件多采用钛扩散方法制作光波导。 绪3本器件研制的意义 光耦合器的研究、发展已经经历了近二十年，到今天基本形成了已熔 融拉锥型器件为主，波导型器件逐渐发展起来的局面。在光无源器件的应 2 天津大学硕士学位论文绪论 用中，光耦合器业已成为仅次于光连接器的最重要的一类器件。 简单地说，光耦合器( c o u p l e r ) 就是一类能使传输中的光信号在特殊结构 的耦合区发生耦合，并进行再分配的器件。光耦合器的主要指标有插入损 耗、附加损耗、分光比、方向性、均匀性、偏振相关损耗与隔离度等。 波导型光耦合器是指利用平面介质光波导工艺制作的一类光耦合器 件。其关键技术不仅包括波导结构的制作，还必须考虑到器件与传输线路 的耦合。因此从技术及工艺角度来讲，更为复杂。但由于器件本身具有明 显的优越性，使这种制作方法逐渐发展成为制作光耦合器的一种重要方法。 我们所研制的t i 扩散l i n b 0 3 波导型光耦合器的优点，归纳起来，有 下列几方面： 1 体积小，重量轻，易于集成。这是这种器件最重要的优点之一。一 般来讲，波导型器件的尺寸仅为相应光纤型器件的几分之或更小，而且 可以非常方便地与其它光电元器件集成在一起，组成功能器件。这是符合 未来集成光学的发展趋势的。 2 机械及环境稳定性好。耦合器的这种特性与耦合波导的结构密切相 关，一般来讲，熔锥型器件的锥区是一段须保护的部分，尽管经过保护的 器件已能满足实际应用的要求，但比较而言，波导器件的机械及环境稳定 性更具有优势，可以用于一些有特殊要求的情况。 3 耦合分光比易于精确控制，在母板定形后，可以进行大批量生产。 4 易于制成小型化的宽带耦合器件。 绪4本文的主要内容 本文的主要内容是研制集成光学不依赖于偏振x 型t i 扩散l i n b 0 3 波 导耦合器，该工作是国家自然科学基金资助项目和与深圳华为公司合作项 目“集成光学声光可调谐滤波器”的重要组成部分，其中涉及到光学、电 子学、声学等学科的理论以及相关的制作工艺等诸多问题。x 型耦合器又 称为2 2 耦合器，它具有体积小，易于集成，机械和环境稳定性好等许多 显著的优点，是实际的光通讯网络中不可缺少的关键器件，有着广阔的应 用前景。鉴于集成光学波导器件的快速发展以及波分复用网络的应用需求， 本文设计并制作了一种新型的集成光学不依赖于偏振的x 型波导耦合器， 分为三种器件：模分离器( m o d es p l i t t e r ) 、反射镜( r e f l e c t 0 0 和3 d b 耦合器 ( 3 d bc o u p l e r ) 。具体的工作包括： 天津大学硕士学位论文绪论 一理论方面 1 研究了钛扩散波导中的折射率分布，采用具有很高精度的光束传播 法0 3 p m ) 计算了波导中的光场分布； 2 对波导和单模光纤的耦合效率作了详细的理论分析； 3 利用双模干涉理论详细介绍了三种x 型波导耦台器的工作原理、器 件的设计、结构和工艺参数的优化等； 4 模分离器和反射镜的一个重要应用就是用于集成光学不依赖于偏振 的声光可调谐滤波器( p i a o t f ) 中，所以文中介绍了分别使用了模分离器 和反射镜的单级和多级不依赖于偏振的a o t f 的结构，并对其滤波特性作 了理论模拟。 二实验方面 1 设计了激光耦入波导的耦合系统，以提高激光耦入波导的耦合效率： 2 完成了集成光学模分离器的研制，其主要指标能够满足实际使用的 要求； 3 完成了集成光学不依赖于偏振的反射镜研制的大部分工作： 4 制作了含有模分离器的不依赖于偏振的单级a o t f 样品，并测试了 它的滤波特性，其主要性能指标达到或超出了国内外同类器件的水平。 4 天津大学硕士学位论文第一章 第一章单模光纤与钛扩散l i n b 0 3 波导器件的耦合 1 1耦合的总插入损耗 绪论中已经指出，用l i n b 0 3 单模波导组成的各种波导器件在光纤通信 系统、光信号处理系统中是重要的元件。各种集成光学波导器件，从实验 室走向实用化的关键是实现光波导与单模光纤的有效耦合，耦合效率的高 低直接影响到各种集成光学产品的性能【6 l 。所以我们对波导和单模光纤之 间的耦合情况进行了详细的理论分析和实验验证。 一个理想的耦合应该是效率高，能获得尽量大的出纤功率，以利于扩 展系统的传输距离和提高系统的信噪比；也要做到反射小，能尽可能减少 耦合反射光对集成光学器件工作特性的影响。 按照波导与光纤之间是否存在光学元件，可将耦合方式分为两种，即 直接耦合和间接耦合。与后者相比，前者具有结构简单、耦合效率高等优 点【”，因而受到国内外众多学者的极大关注。 对于直接耦合，如果光纤与波导之间是理想的对准，耦合的总插入损 耗就包括菲涅耳反射( 两端面多次反射) 损耗、传输损耗和光纤与波导间 的模场失配损耗降】。 菲涅耳反射损耗一般可以通过使用折射率匹配液或在波导端面镀上 层抗反射层而消减。 对于l i n b 0 3 波导器件，其传输损耗较低，一般为o2 o 5 d b c m 。而 我们所研制的集成光学x 型耦合器( 包括模分离器、反射镜以及3 d b 耦合 器) 体积都不大，长度 2 0 d b0 1 5 d b n 讧2 9 5 d b 2 0 d b0 0 9 d b 上述三种x 型耦合器另一个重要参数是光的损耗。实际上，最佳的分 叉角0 很小，光波导的传输损耗也很小，随波长的变化更小。理论计算表 明，在最佳的结构参数处，t m 、t e 模的透光率均能达到了实际应用的要 求。另外，在第一章中，我们已经详细地分析了铌酸锂钛扩散波导耦合器 的插损情况。 为了实际应用于 w d m 通讯系统，如不依 赖于偏振的集成光学声光 可调谐滤波器，耦合器的 分光比随波长的变化也是 一个重要的参数，波长的 变化引起模折射率的变 化，它对t e ，t m 模的影 响不同，所以，对确定结 构参数的x 型耦合器分光 圈2 - 7 模分离比随波长的变化关系 h * # “ # j ” 口o焉l ac要id 天津大学硕士学位论文第二章 比的影响也不一样。 以模分离器为例，计算出来的模分离比随波长的变化关系如图2 7 所 示。从图中可以看出，虽然t e 和t m 模的模分离比没有同时到达最大，但 它们随波长的变化并不明显，在波长取15 0 1 t m 16 0 1 a m 的范围内，t e 和 t m 模的模分离比基本上都在2 5 d b 以上。这说明这种结构的模分离器有很 好的波长适应性。 经计算可知，在一定的波长范围内，反射镜的反射比随波长的变化浮 动也很小( 如图2 - 8 所示) ，也具有良好的波长适应性。 当将3 d b 分束器用于波分复用网络时，需要从不同的入射端口输入不 同波长的光波信号并对这些不同波长的信号同时实现3 d b 分束，因而要求 所研制的3 d b 分束器在较宽的波长范围内具有良好的波长适应性。但波长 的变化会引起t m 和t e 模的折射率的不同变化，对分束比的影响也不一样。 计算得到的在波长取l5 0 1 t m 1 , 6 0 9 m 范围内时t m 、t e 模的分束比的变化 三，成立，而在右侧则有。” 三。，所以减小器件总长的一个有效途径就是减小l 。值。另一方面，尽 天津大学硕士学位论文 第三章 管台阶宽度占的变化也能导致器件长度的变化，但由于技术条件的限制 它只有非常小的变化范 围。 减小器件总长的可靠 方法是采用折线型的波导 分支，如图3 5 所示。这 样一来，在保持目和，值 不变的情形下，三+ 减小了， 器件的总长也可大大缩 短。 图3 5 采用折线型波导的耦合器结构示意图 3 2 钛扩散条件对优化结构参数口”和叫的影响 分析钛扩散条件对优化结构参数的影响是非常重要的。首先，由于模分 离器和反射镜在使用时都是与其它器件集成在一起的；所以它们的技术参 数要受到整个工艺过程的限制；其次，由于理论计算值和实际值总存在着 一定的差异，因而模分离器和反射镜的优化参数与理论值并不严格地保持 完全一致。在实际地制作过程中，要仔细地选择钛扩散的条件，以使器件 的性能达到最佳。根据文献【2 4 】所提供的方法，当钛扩散的条件发生变化时， 必须得重新计算蜒8 和山臼的数值，再分别计算出单模和双模波导中两 个导模的场分布，然后再求得在每一个不同扩散条件下的两条曲线。这一 过程的计算量是很大的。然而，当使用我们所设计的上述的自动优化程序， 该过程就变得非常简单了。由于b p m 法具有自动选模的功能，所以，当钛 扩散的条件发生微小的变化时，可以认为输入场的初值保持不变。 当钛扩散的参数r ( 扩散前钛条的厚 。 度) 、w ( 单模波导的 宽度) 、t ( 扩散时间)。“ 以及丁( 扩散温度) 在 j 。 各自的典型值附近变 化时，模分离器优化结 “ 构参数占”和工叫的 变化与它们的关系分 别如图3 - 6 所示。变化 s o j 2 5 0 90 i n h n 图3 _ 6 钛扩散工艺条件对模分离器优化参数的影响 2 9 么一 天津大学硕士学位论文第三章 的具体数值见表3 1 和3 2 。其中，表3 1 中表示的是模分离器的优化结构 参数随钛扩散条件的变化关系，表3 2 则表示的是反射镜。 表3 1模分离器的结构参数随钛扩散条件的变化 a 口8 l c a r 00 0 1 8 4 。1 0 月埘 一57 3 埘2 1 0j i m 西 00 0 4 8 。h 一1 32 删h 跏 - 00 1 9 。a n1 7 70 a 占 - 00 2 8 6 i a n 7 95 4 表3 - 2反射镜的结构参数髓钛扩散条件的变化 a 目o l c a f0 0 2 4 8 。1 0 ，聊一1 0 9 # n 1 0 删 西0 0 1 2 7 。h1 2 4 , t u n h 却0 0 0 7 。，删 3 1 2 a 占- o 0 3 0 39 t a n- 1 0 9 3 。3 台阶宽度占对口”和工。叫的影响 在上面的计算中，我们都设定台阶宽度f 的数值保持不变。实际上， 0 和l 。值的选择与占值有着很大的关系。在式( 3 一l a ) 和式( 3 - l b ) 的两边 分别对求微分i 再经过整理就得到： z 等d o 孵警一警( 3 - 4 a ) ：等搴+ 秽坐：da ed s 1 e 2 掣 ( 3 _ 4 b ) d f 当s 值变化时，根据上两个微分关系式，利用上面我们所提供的自动 优化方法，可以非常容易地求出相应的口”和。，然后再求出a 占? 么和 a c ? 乞。对模分离器和反射镜。其各自的计算结果也已列于表3 1 和3 2 天津大学硕士学位论文第三章 中。 3 4 损耗 模分离器的损耗定义如下： r e - l o g 簪 阻s a ， 咄d 。g 等 ( 3 _ 5 b ) 式中，p 严、p y 是t e 和t m 模从端口l 的入射功率，p 、p 是对应 的分别从端口3 和4 出射的t e 模的强度，p y 、p 则是从端口3 和4 出 射的t m 模的强度。固定l 。= 3 7 3 a n 不变，损耗( l o s s ) 随口的变化关系 曲线如图3 7 a 所示：固定口= o 5 3 。不变，l o s s 随上。的变化关系曲线则如图 3 7 b 所示。在结构参数取优化值时，损耗不超过o 2 5 d b 。 3 5 实验 l 呻- n ) ( a ) ( b ) 图3 - 7 模分离嚣的损耗随结构参数占和t 的变化关系曲线 我们制作了具有不同结构参数疗和匕的多个模分离器样品，使用的钛 扩散工艺条件如下：扩散温度t = 1 0 4 5 。c ，扩散时间t = 9 小时，扩散前单 模波导和双模波导的宽度分别为7 a n 和1 4 a n 。根据台阶占值的不同，我 ”m* 一 j 天津大学硕士学位论文第三章 们将所有的样品分为两组：一组的f = 1 2 t a n ，另一组的f = 15 t a n 。对 s = 12 u n 组，扩散前的钛条厚度f 分别取1 0 0 册和1 1 0 ，m ，而对 s = l5 a n ，扩散前的钛条厚度f 取为1 0 0 n m 。将样品的两端面抛光后，就 可测量它们的分光比了。 具体的实验过程同第二章中的测量方法。测量结果如下： 3 5 1 模分离比r 随护和的变化关系 模分离器的结构参数选取如下： l 。= 2 9 0 , t # n 3 8 0 t a n ，步长为1 0 a n 。 口= 05 1 0 0 6 1o ，步长为o0 2 0 ； 实验所得的测量结果见图3 - 8 。 2 柏珊3 如dx d弼口 v i 1 1 1 圈3 - 8不同参数的模分离器的测量结果 上图中，口分别为o 5 5 。，05 7 。，0 5 9 0 。从实验结果可以看出，当0 = o5 7 0 ， l 。= 3 7 0 a n 时，模分离比最大：马m = 2 6 d b ，日f = 2 3 d b 。实验结果与理 论上的最佳值( 口= 0 5 3 。，三，= 3 7 3 a n ) 稍有不同，这主要是由于实际参 数并不是完全按照理论值来选取的；并且测量的输出光功率中存在着杂散 光的缘故。 3 5 2 优化结构参数与钛条厚度f 的变化关系 根据钛条厚度f = 1 0 0 r i m 时的优化结构参数口= o ，5 7 。，l ，= 3 7 3 a n 以及 表3 - 1 所列的数据，我们计算了当r = 1 1 0 r i m 时的优化参数为口= o 5 5 2 。， l 。= 3 1 3 a n ，而实验最佳值为口= o 5 5 。，l ，= 3 1 0 a n ，二者也符合得很好。 3 5 3 优化结构参数与台阶宽度s 的变化关系 天津大学硕士学位论文第三章 根据当台阶宽度占= 1 2 a m 时的优化结构参数口= o5 7 。，l 。= 3 7 3 u m 以 及表3 一l 所列的数据，我们计算了当占= l5 a m 的优化参数为0 = o 5 6 2 。， l 。= 3 4 6 , u m ，实验最佳值为0 = 0 5 5 。，l 。= 3 4 0 , t v n ，二者符合得也很好。 模分离器和反射镜是重要的集成光学器件，在光通信网络中有着重要 的用途。以上，我们详细介绍并分析了根据b p m 法和g s m 法而设计的一 种对模分离器和反射镜的结构参数进行自动优化的方法，并给出了该方法 的流程。使用这种自动优化的方法能够大大减少计算量，简化计算过程。 以这种自动优化方法为基础，我们分析了各种钛扩散条件以及台阶宽 度等参数对模分离器和反射镜的优化结构的影响，另外还制作并测量了不 同结构参数和工艺参数的模分离器样品，实验结果很好地验证了我们的结 论，所制作的模分离器样品也能满足实际的需要。用与模分离器同样的分 析方法，所设计的反射镜的最佳理论参数也已经确定，样品制作和实验测 试工作正在进行当中。 天津大学硕士学位论文第三章 附图3 1 用g s m 法求三。晒( 目) 和工。删( 护) 的流程图 天津大学硕士学位论文第三鸾 附图3 - 2 用g s m 法求口掣和。掣的流程图 天津大学硕士学位论文第四章 第四章模分离器和反射镜在a o t f 中的应用 集成光学声光可调谐滤波器( a o t f ) 与其它的可调谐滤波器如法布里 一珀罗干涉型滤波器、电光滤波器以及半导体有源器件等相比，具有可调 谐范围宽、调谐速度快、带宽窄、插入损耗低和通道驱动功率低等许多优 点，荠且可以实现多波长同时选择，不需要机械调节，因此在未来的波分 复用( w d m ) 网络中极有应用潜力。 对a o t f 的研究近年来正日益受到重视，其中以t i ：l i n b 0 3 集成光波 导结构的a o t