【微环谐振器的结构与工作原理概述1900字】

微环谐振器的结构与工作原理概述目录TOC\o"1-3"\h\u4001微环谐振器的结构与工作原理概述 157641.1微环谐振器的主要结构 176081.2微环谐振器的工作原理 11.1微环谐振器的主要结构通常谐振器的结构可以认为是将某个2×2耦合器的输入端口与输出端口首尾连接。常见的微环分为两种：上下路型微环和全通型微环[39]，两根直波导和一个闭合的环形波导按照一定的次序连接便构建而成了上下路型微环，如下图。对于上传下载型微环它包括了两个耦合区分别是上耦合区和下耦合区，同时上传下载型微环包括了以下四个端口：上传端口（Add）、下载端口（Drop）、输入端口(In)、直通端口(Through)。根直波导和一个闭合的环形波导按照一定的次序连接构成了直通型微环。直通型微环谐振器包括以下两个端口，输入（In）端口和输出端口（Out）。图2-1上下路微环谐振器和全通型微环谐振器[39]1.2微环谐振器的工作原理微环工作时耦合进谐振器内的光在直波导和环形波导之中通过倏逝场耦合，当耦合进谐振器的光顺着环形波导传输一周产生的相位变化量是对应耦合进谐振器的光的波长的整数倍时，此时环形谐振器内的光发生谐振，与新耦合入环内的光发生增强，微环内聚集较高的能量，微环对波长的选择功能正是基于这一原理。微环谐振器发生谐振的条件如式2−1mλ=2πR∙上式中m表示微环的谐振级数[40]，λ表示耦合进微环光的波长，R指微环环形波导的半径，Neff本节以上传下载型微环为例[39]，利用传输矩阵法对微环的频谱响应进行分析。传输矩阵法将上传下载微环谐振器分为图2-2四个部分。每一部分都以相应的光场与其一一对应，分别对应Eadd、Edrop、Ein、Eth。图2-2上传下载微环结构示意图[39]如下图我们假设从输入端进入到第一个耦合区的光场强度为E1在闭合环形波导里面传输了半个微环长度此时光场强度记为E3，经过第二个耦合区后的光场记为E4，E4后的光场再经过半个微环传输距离后的光场记为E2，参数t1、t2、k1、k2分别表示第一个耦合区的传输系数和耦合系数和第二个耦合区的传输系数和耦合系数。下式中将光场的环程相移记为φ，环程透过系数记为α，环程透过系数是用来描述光的能量在微环中传输的损耗情况，包括波导弯曲造成的弯曲损耗、传输损耗和散射损耗等等，光场在微环波导中传输的能量衰减如果越接近于0，那么这个微环的环程透过系数就接近于1。EEEE将式2−2、HH通过上面微环上传下载端的响应我们可以通过仿真得到微环的传输响应分别分为三种耦合状态，即过耦合状态（t1<αt2如下图a、b、c分别对应波导的过耦合状态、临界耦合和欠耦合状态[39]，由图我们可以看出来对于上传端的透过率呈现出来的是一个凹陷峰对应带阻形状，而下载端的透过率呈现的是一个凸起峰对应的带通形状。我们从图中可以看出来波导的直通端在临界耦合状态时，谐振波长的幅度响应为0。并且由图我们得到该曲线呈现的为洛伦兹线型，并且该谱线是对称的。图2-3（a）过耦合状态（b）临界耦合和（c）欠耦合状态[39]我们可以仿真得到对于给定传输系数，耦合系数和环程透过系数我们可以仿真得到微环的波长随透过率的曲线，从该图中我们看到有两个谐振峰，在一定的波长范围内有若干个满足条件的谐振波长，微环的自由光谱范围（FSR）被定义为微环下载端传输光谱相邻两个谐振峰之间的波长差值。图2-4微环的传输光谱将上式等式作微分运算，此时有m∙∆λ+λ∙∆m=2πR当微环的谐振级数∆m差为-1时，此时有FSR=∆λ，代入式2−8我们可以得到FSR=在不考虑微环波导材料色散的情况下，上式2−9中dNFSR=由上式我们可以看出在不考虑波导色散的情况下，微环的自由光谱范围与环形波导材料的直径、波导材料的有效折射率和耦合进微环的波长有关。微环的谐振峰的最大透过率与最小透过率之差为微环的消光比(ER)。微环的品质因子Q被定义为谐振波长与微环谐振峰的半高全宽（FWHM）的比值。 通常我们设计微环的时候，要选择将微环的自由光谱范围（FSR）设计的相对较大一些，以防止FSR过小而限制微环谐振器的工作范围。通过上述公式我们可以知道，通过减小微环环形波导的半径R，我们可以增大FSR，