一、A Compact Narrow-Band Tunable Optical Transversal Filter（论文文献综述）
王欢欢[1]（2021）在《面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究》文中研究表明随着超高速移动网络和互联网连接设备的激增,以及人工智能（AI）的兴起,网络通信量呈“爆炸式”增长。为了满足人们对网络带宽以及数据容量日益增长的需求,对光通信中的光电子器件的可靠性、小型化、灵敏度,功耗和成本等多方面都提出了极高的要求,使得光子集成器件和光电集成器件的优势逐步凸显。光子集成和光电集成中涉及的关键技术包括材料生长、结构设计、制备工艺等方面。在结构设计方面,一些功能性无源器件在其中扮演着重要角色,比如光学谐振腔。光学谐振腔可以应用于激光器、滤波器、光电探测器、光调制器、传感器等各类光电子器件中。因此对光谐振腔的结构进行设计和优化,并将其应用于各类光电子器件中提高器件的性能尤为重要。本论文围绕面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔展开研究。主要的创新点和研究成果如下:1.提出了一种新型的屋脊型光学微腔。该微腔的顶镜呈屋脊形状,是由两个对称且具有适当倾角的分布式布拉格反射镜（DBR）组成,其底镜为平面DBR结构。由于顶镜的特殊设计,不仅使腔内模式光的谐振光束光程大大增加,提高了品质因子,而且将腔内光场限制在中心较小区域,减少了腔的有效模式体积。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=5°,腔长为474.59nm,横向尺寸为2907nm时,提出的光学微腔能够获得较高的品质因子和较小的模式体积,其品质因子（Q）达到5762.9,有效模式体积为0.256μm3。而同等尺寸下的FP型光学微腔的品质因子为3988.9,有效模式体积为0.696μm3。因此,屋脊型光学微腔的品质因子提高了 44.7%,而有效模式体积减少了 63.2%,其 Q/V 提高了 3.93 倍。2.提出了一种新型的锥顶柱状光学微腔。该微腔的顶镜是由圆锥形状的DBR构成,底镜为平面圆形DBR结构。由于顶镜的特殊设计,使得该微腔的边界衍射较小,而且光能大部分限制在腔内中心区域,具有较小的模式体积和较大的品质因子。当谐振波长λ=1550nm,顶镜倾角α=4.5°时,腔长为4508.71nm,直径为2821.2nm时,该光学微腔的Q值达到了 52748.6,有效模式体积为0.239μm3,而同等尺寸下的圆柱型光学微腔的品质因子为43603.2,有效模式体积为0.526μm3。因此,锥顶柱状光学微腔的品质因子提高了 21%,而有效模式体积减少了 51%,其Q/V提高了 2.66倍。此外,研究了锥顶的容忍度和输出光束特性,结果表明,该微腔有较好的光束输出特性,且在120nm的平顶范围内,该微腔顶镜具有较高的容忍度。3.对集成芯片中VCSEL单元的光学谐振腔进行了优化设计,提出了新型的腔内DBR结构。腔内DBR结构是指由两个低反射率反射镜构成的低Q值谐振腔,且腔内包含了高反射率的周期性DBR。两个腔内DBR结构构成了 VCSEL的光学谐振腔。仿真设计结果表明,VCSEL顶镜和底镜的反射谱在发射波长850nm处可具有接近99.7%的高反射率,在探测波长805nm处可具有超过95%的透射率,而且高透射率的探测窗口范围可超过15nm。4.完成了上述集成芯片制备和集成芯片中VCSEL单元与PIN光探测器单元分别的测试。首先对集成芯片中的VCSEL单元进行测试,测试结果表明,VCSEL单元能够成功激射,测得阈值电流是9mA,斜率效率大约0.74W/A。其次,完成了 PIN光探测器单元的测试,测试结果显示光探测器正常工作,具有0.615A/W的响应度,且集成芯片的探测窗口范围801nm～809nm。根据文献,2μm吸收层厚度GaAs-PIN探测器的响应度大约0.7A/W,因而可以推断探测窗口内的VCSEL单元透射率超过95%。5.完成了用于单光子探测的基于硅基级联微环的高消光比滤波器设计。利用传输矩阵理论,在波导损耗为3dB/cm,群折射率为3.907,自由光谱范围（FSR）为800GHz～1.2THz的条件下,设计了微环半径（R）分别为10μm和15 μm的点耦合型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器以及R为10μm,定向耦合长度（L）为10μm的跑道型三阶、四阶、五阶级联微环滤波器。其中,直波导和微环的宽度均为0.5μm,微环高度为150nm,平板波导高度为70nm。仿真计算结果表明,设计的滤波器均可具有超过100dB的消光比（ER）。同时还设计了 R是10μm,L是10μm,且ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环。6.对实现的硅基级联微环高消光比滤波器进行了测试。在未加热调的情况下,完成了 ER处于70dB到80dB之间的跑道型三阶级联微环测试。测试结果显示,该滤波器的FSR与理论设计一致,并有超过55dB的消光比。7.探究了锥顶柱状光学微腔的顶镜制备。主要利用半径较大的部分圆弧近似小倾角的圆锥顶镜。采用光刻胶热熔方法制备了直径是20 μm,高度为1.9 μm的圆弧顶镜。
郭姝颖[2]（2021）在《全光纤多波长调Q脉冲光纤激光器的研究》文中研究指明作为光纤激光器家族的一部分,多波长调Q光纤激光器在高精度光纤检测雷达测距系统以及生物医学等范畴具有潜在的应用价值,是近些年来科学研究人员争相研究的热点之一。本论文就是针对多波长调Q光纤激光器进行的实验研究,使用不同的调Q组件和滤波器设计了三种不同结构的多波长调Q光纤激光器。本文内容主要针对以下三种结构的激光器进行的探讨:第一,研究了一种基于电光调制器（EOM）和Sagnac环干涉仪的主动多波长调Q光纤激光器。首先分析了Sagnac环通过何种机理实现的滤波。然后通过给出的实验装置进行实验,并对实验结果加以分析,当输入功率为160 m W时,我们获得了50.06?s的双脉冲并对产生原理进行了分析,重点研究了泵浦功率、调制频率以及偏置电压对平均功率和双脉冲产生的影响。第二,研究了一种基于铒镱共掺光纤（EYDF）没有经过泵浦的部分作可饱和吸收体和并联的布拉格光栅（FBG）作为滤波器的多波长调Q光纤激光器。首先对未泵浦的EYDF可饱和吸收体（EYDF-SA）的非线性进行分析。然后给出实验装置和实验结果,获得了1545.63 nm的单波长以及中心波长在1545.63 nm和1553.6 nm的双波长。产生最大重复频率为24.27 k Hz的脉冲,最窄的脉冲宽度为5.48?s。并探讨了双波长所对应的脉冲调Q特性。第三,研究了一种基于EYDF-SA和并联复合型Sagnac干涉仪作为多波长选通器件的多波长调Q光纤激光器。首先分析了并联复合型Sagnac干涉仪涉及的理论,然后给出实验装置,在15-20 m W内获得了单波长可调谐、20-45 m W为双波长可调谐以及45-50 m W的三波长可调谐,并对实验结果进行分析。
刘大建[3]（2021）在《高性能硅光滤波器及其应用研究》文中研究指明当前,新一轮科技革命和产业变革在全球持续深入发展,各领域对网络的依赖不断增强,作为其核心支撑的光通信系统、数据中心面临重大挑战。硅基光电子芯片凭借其CMOS兼容、低成本、小尺寸等独特优势,而备受关注。硅光滤波器是其最重要的元件之一,作为关键器件在波分复用和光谱传感等领域被广泛应用。本文围绕高性能硅光滤波器及其应用为主题开展研究。本文首先介绍了集成光学的发展、硅光的优势及其在光通信、光传感等领域的典型应用。之后,本文概述了硅光滤波器的研究现状和发展需求,并对片上硅波导单元器件的仿真设计和测试流程及装置做了简要介绍。其次,本文针对如何获得超大自由频谱范围（FSR）的微环（MRR）滤波器做了深入研究。首先,本文提出了基于多模弯曲波导和弯曲耦合结构的单环滤波器,引入多模弯曲波导以降低弯曲损耗,并优化弯曲耦合结构以调控模式,实现的亚微米尺寸微环滤波器FSR高达93nm,是迄今为止报道的最大值。在此基础上,还进一步提出了基于高阶绝热渐变椭圆环（AEM）的高阶环滤波器,通过引入宽度和曲率均绝热渐变的椭圆环以实现超紧凑微腔,引入弯曲耦合结构以获得所需耦合,实验表明该高阶环滤波器FSR达37nm,为目前报道的高阶MRR的最大纪录。第三,基于多模波导光栅（MWG）,本文研制了两种新型硅光滤波器。首先,针对新通信窗口、重要传感波段—2μm波段,本文首次提出并实现了基于MWG的插分型滤波器,验证的2μm硅光滤波器具有低损耗（～1dB）、高边模抑制比（>20dB）、带宽灵活可调（6～26nm）等优异性能。另外,还提出了一种基于双光栅的偏振不敏感滤波器,该滤波器由一个双偏振模式解复用器和双光栅（包括三角形MWG和矩形MWG）组成,通过巧妙的结构设计和偏振调控以实现偏振不敏感特性,并引入特殊的三角形MWG以减少反射并抑制FP共振,实现了带宽～10nm、FSR不限的偏振不敏感滤波器。第四,基于级联MWG结构,通过调控各MWG光谱特性,本文研制了多种多通道波分复用器,包括四通道粗波分复用器（CWDM）、单纤三向复用器（Triplexer）和单纤四向复用器（Quadplexer）。利用MWG滤波器光谱调控的极高灵活性和扩展性,实现了各类复用器波长、带宽各异的要求;采用切趾技术以降低串扰,并引入了渐变光栅和弯曲波导来抑制FP共振以进一步降低串扰。实验结果表明,各复用器均获得了低损耗、低串扰和平坦响应的高性能特性,且均符合国际标准要求。特别地,对于Quadplexer稀疏的通道波长和不均匀的带宽要求,在其它波导结构滤波器难以实现的情况下,本文多波长、多通道协同设计优化了 MWG的结构及光谱特性,首次在片上实现了高性能Quadplexer。总而言之,在高性能硅光滤波器及其应用方面,本文对基于MRR和MWG的滤波器做了深入且系统的研究,并成功研制了多种高性能的硅光滤波器,为今后大规模的硅光链路系统的集成提供了重要的基石。
丁畅[4]（2021）在《集成滤波功能的可调液晶移相器设计方法研究》文中指出液晶材料作为一种新型可调谐材料,近些年来由光学领域引入到微波、毫米波领域,由于其具有介电各向异性、可连续调谐及高线性度等特性,因此使得可调谐微波器件技术得到了进一步的发展。可调移相器是非常重要的微波器件之一,被广泛应用于相控阵系统、波束成形网络、圆极化天线、新型智能天线和相位调制通信系统中。将液晶材料与可调移相器结合构成的可调液晶移相器在具有结构紧凑、设计简便、成本低廉等优势的同时,同样存在诸多挑战。本文以设计集成滤波功能的可调液晶移相器作为切入点,致力于解决目前可调液晶移相器实现功能单一的问题,提出理论解决途径和有效的设计方法,为实现集成滤波功能的可调液晶移相器工程实际应用奠定基础。首先,针对可调液晶移相器品质因子较低的问题,从可调液晶移相器工作机理和人工表面等离激元模式的传播特性出发,提出了基于人工表面等离激元模式的可调液晶移相器设计方法,并通过慢波传输理论和等效电路模型对该方法进行了理论分析。在此基础上,分别设计了基于人工表面等离激元模式的槽线结构和倒置微带结构液晶移相器对上述理论分析进行验证,相比于传统槽线和倒置微带线结构液晶移相器,两者均实现了可调移相器品质因子的显着改善,从而验证了该方法的有效性。其次,针对目前可调液晶移相器仅对相位进行调控、实现功能单一的问题,提出了集成带阻滤波功能的可调液晶移相器设计方法。从谐振单元结构与液晶加载传输线的电磁耦合机理分析入手,实现了带阻滤波功能和通带相位调控协同设计的目标,分别设计了基于开口谐振环单元和发卡谐振单元的带阻滤波可调液晶移相器,验证了该方法的有效性。然后,为了实现带通滤波可调液晶移相器设计,以复合左右手传输线结构为突破口,建立了基于开口谐振环和周期短路枝节耦合的液晶加载传输线等效电路模型,提出了具有带通滤波功能的可调液晶移相器设计方法,并利用左右手复合传输线的平衡特性,实现了通带带宽的扩展,进一步提高了带通滤波可调液晶移相器的实际应用价值。最后,针对可调平衡液晶移相器的传输特性展开了系统性研究,提出了具有共模滤波功能的可调平衡液晶移相器设计方法,解决了传统平衡可调移相器中存在严重共模噪声干扰的问题。通过分别引入耦合谐振单元加载结构和缺陷地结构,设计了两种低剖面、高集成度的共模抑制可调平衡液晶移相器,同时实现了整个工作频带范围内差模相位的连续调控和共模噪声的有效抑制。综上,本文的研究内容针对可调液晶移相器在实际应用中遇到的问题,以理论研究为基础,结合全波仿真及实验验证,开展全面的科学性研究,为可调液晶移相器的研究与潜在应用提供了坚实的理论基础及研究价值。
王心怡[5]（2020）在《基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究》文中研究表明硅基光电子集成芯片具有尺寸小、集成度高等优点。近年来,它们受到了学术界的广泛关注。随着各类硅基光电子分立器件性能的提高,人们越来越不满足于单一器件的功能实现,而是往大规模集成化方向发展,即把多个电子和光子分立元件集成在同一芯片上,实现复杂的功能。硅基光电子技术以其高集成度和互补金属氧化物半导体（CMOS）兼容的优势,近些年来在数据通信等领域发挥着重要作用。基于硅光技术,人们对各种类型的激光器、调制器、探测器和光开关展开了深入研究。光延迟线在光通信领域具有很好的应用前景,基于延迟线结构的脉冲复用可以提高光脉冲的重复率,从而生成高频脉冲。高频脉冲在数据通信、光子信号处理、光学模数转换等领域中起着重要作用。本文对基于光延迟线结构的片上集成光子器件进行了研究。利用多种光脉冲交织复用方式,实现了脉冲重复率的提升,可用于对微波信号的高速光采样。首先,论文介绍了延迟线芯片的基本概念和参数指标,并讨论了其具体结构和实现方案。从延迟调节范围、调节精度、传输损耗、功耗和芯片尺寸等角度出发,阐明了延迟线的结构特征,为下文各种脉冲交织器的实现提供理论依据。接着,论文从脉冲复用方式入手,分别研究了波分复用（WDM）和模分复用（MDM）的几个关键器件,并介绍了各种器件结构的工作原理和设计方案。对于MDM器件,本文分析了波导中支持的多种模式,并对波导耦合生成的高阶模式进行了仿真分析。本文还对波长-模式交织器所用到的分立器件和整个系统进行了仿真,证明了波长-模式交织方案的可行性。接着,为了实现脉冲的时分复用,本文提出了一种连续可调的延迟线,该延迟线结合了环形谐振器和马赫-增德尔干涉仪（MZI）开关阵列。开关阵列提供大范围数字式延迟调节,而微环则提供小范围延迟微调。开关采用MZI级联结构,提高了开关消光比。延迟线芯片在60 nm厚的硅波导平台上实现,平均波导损耗为0.35 d B/cm。最大延迟调节范围为1.28 ns,片上插入损耗为12.4 d B,包括由测试端口引起的损耗。在不同延迟时间下,30 Gbps开关键控（OOK）信号通过延迟线芯片传输具有较高的信号保真度。该光学延迟线芯片具有可重构性,可以用于调整脉冲序列。光脉冲多路复用基于延迟线芯片实现,开关被设置为均匀分光比。这样的光时分复用（OTDM）方案可用于产生高重复率脉冲串,可应用于光学采样。调整开关分光比和可调光衰减器（VOA）的衰减值提供不同的脉冲幅度时,可实现准任意波形生成（QAWG）。基于延迟线芯片实现OTDM和QAWG,证明了该芯片的灵活性和可重构性,能作为可编程光信号处理器使用。本文还对如何进一步提升延迟线芯片性能进行了讨论。随后,本文提出并实现了一个基于硅光集成平台的8通道波长-模式光脉冲交织器。波长和模式复用技术相结合,可以提高脉冲的重复率,而同时又不会增加单维度复用的复杂性。交织器使用级联MZI结构作为波分复用（解复用）器,将非对称定向耦合器用作模式复用（解复用）器,并将各种长度的硅波导用作延迟线。论文对交织器各个分立器件参数（如波导损耗、延迟误差和通道带宽等）对交织脉冲的损耗、延迟间隔、峰值能量、脉冲宽度和串扰等一系列指标影响进行了研究,为交织器的实现奠定了基础。实验验证了脉冲序列具有125 ps的时间间隔,延迟误差为3.2%。然后,本文在波长-模式交织器的基础上,将脉冲幅度调节和高速采样功能纳入,构成了一个硅光集成的光学采样系统。高重复率光学采样脉冲是通过将低重复率输入光脉冲与WDM和MDM相结合而获得的。WDM脉冲交织器由具有线性差分延迟的反馈型阵列波导光栅（AWG）构成。它可以实现自动波长对准,且结构紧凑、色散大、损耗低。交织脉冲的幅度可以通过反馈波导中的衰减器进行调节。多模波导中的两个高阶模用来进一步提高脉冲重复率。光学采样脉冲被多模MZI调制器调制,调制器两臂集成了“L型”PN结,提高了调制效率。采样后的脉冲由模式和波长解复用器分开,后端再做并行处理。多模调制器可以实现30 Gb/s OOK调制。多波长脉冲使用由双环耦合马赫-增德尔干涉仪（DR-MZI）构成的WDM滤波器分离,该结构具有较高的消光比。模分复用脉冲交织和分离是由非对称定向耦合器构成的模式复用（解复用）器完成。由于同时使用了波长和模式复用技术,因此脉冲重复率可以大幅提高。在实现的集成芯片中,脉冲重复率提高了8倍,这受限于后端WDM滤波器的数量。所有功能模块,包括高速调制器、偏振分束器、旋转器、延迟线以及WDM和MDM器件,都集成到了单个硅光集成芯片中,充分利用了硅光的集成能力。高速采样芯片的成功研制为在单片上实现模数转换提供了基础。论文最后对研究课题做出了总结,针对硅基脉冲交织器提出了未来研究工作展望。
李晨蕾[6]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中研究表明随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
张裕生[7]（2020）在《被动锁模光纤激光超快瞬时动力学理论与实验研究》文中进行了进一步梳理被动锁模超快光纤激光器具有体积小、能量大、波长范围广等特点,近几十年来广泛应用于生物成像、光通信、光谱学等领域。作为耗散系统,它也为孤子特性的分析提供了优良的研究平台。基于这种耗散特性,光纤激光中的孤子脉冲在一定条件下会演化成新的孤子态或表现出复杂的非线性动力学演化过程。由于受到探测器带宽或响应速度的限制,在实验上实时观测被动锁模光纤激光中超快瞬时动力学演化过程仍是一项艰巨的任务。本文的研究主要围绕超快瞬时动力学演化过程展开,通过理论模拟和实验研究来揭示和分析被动锁模光纤激光产生和演化的动力学过程,实现对其时频域瞬时动力学过程的实时观测。本文取得的主要研究成果如下:（1）在弱双折射情况下的锁模光纤激光器中发现了由交叉相位调制（XPM）效应诱导产生的矢量非对称孤子和双态矢量孤子。理论上通过耦合非线性薛定谔方程模拟得出这两种矢量孤子形成的关键条件包括适当的双折射、脉冲能量和色散,实验上利用色散傅里叶变换（DFT）技术验证了其光谱动力学演化过程。在一定的双折射及泵浦能量条件下,矢量非对称孤子的光谱表现为周期性红移和蓝移,峰值波长偏移量为4.3nm,周期为两个腔内往返时间。通过进一步控制系统参数,我们得到了双峰和洛伦兹型光谱交替演化的双态矢量孤子。这两种矢量孤子刷新了稳定锁模的概念,揭示了 XPM导致光谱不稳定的物理机制,激光腔的设计以及对超快过程的理解对于提高激光器的性能具有参考价值。（2）为实现高性能激光产生,首先,通过溶胶-凝胶法制备了性能优异的玻璃-石墨烯可饱和吸收体,并应用于超快激光锁模,所制备的玻璃对于提高可饱和吸收体损伤阈值和激光平均功率具有重要价值。然后,利用腔内插入可调谐滤波器的方法搭建了一种基于单壁碳纳米管锁模器件的宽带可调谐全光纤激光器,工作范围覆盖C+L波段,输出中心波长调谐范围>70nm并可连续调谐,为各种需要可变光谱波长或带宽的应用提供了一种新型光源。（3）为实现高能量宽光谱激光源,首先,我们搭建了基于自相似放大演化的锁模激光源,光谱3dB带宽随泵浦功率增加而变大,最终可达31nm且输出平均功率约150mW。然后,基于自相似演化和光谱偏置滤波效应搭建了一种适用于通信波段的Mamyshev振荡器,在实验中得到了脉宽1.6ps,光谱10dB带宽超过33nm的稳定脉冲输出,并通过仿真分析了其腔内动力学演化过程,这些结果对研究极限超短脉冲光纤激光器具有一定的参考价值和借鉴意义。（4）搭建了一种基于异步四波混频的超快时域放大系统,并实现了对被动锁模超快光纤激光中人工孤子分子以及爬行孤子动力学的实时观测。通过优化系统和引入拉曼放大可大幅度提高记录长度,可达超过5000个腔内往返时间。对于人工孤子分子外部运动动力学过程,实验表明在孤子对间隔较窄时,可以看到独特的类振动动力学,而在间隔较大时则没有。此外,结合DFT技术,可以测量稳态单孤子和爬行孤子的时频域综合动力学过程。孤子的微小运动距离在时间透镜下得以放大从而可以分辨,打破了传统示波器分辨率的限制。另外,爬行孤子的光谱表现出呼吸动力学,表明脉冲宽度和峰值功率是周期性脉动。实验中通过调节泵浦功率,稳态锁模可转变为脉动状态,表明孤子脉动在耗散系统中属于Hopf分岔行为。实验结果还强调了同时使用时间透镜和DFT技术对全场表征超快现象的重要性,并显示了单次测量如何为非线性光学中的超快瞬态动力学提供新的见解。
郑爽[8]（2020）在《光场物理维度调控的光子集成器件研究》文中指出光场具有多个物理维度资源,包括光的波长/频率、幅度、相位、偏振、时间以及空间结构等,已经广泛应用于与光相关的各个领域。其中,在光通信领域,为进一步提升光通信系统的通信容量,与光波长维度相关的波分复用技术已被广泛使用,与空间结构相关的空分/模分复用技术也被视为一种极有前景的解决方案。传统用来操控光场的光学器件大多存在功能单一、集成度不高、可重构和可调谐性不足等缺点,不利于光通信系统中的灵活管理。相比之下,近年来,新兴的硅基光子集成技术快速发展,以其与CMOS兼容、高集成度等突出优点引起了广泛关注,为光与电的真正融合提供了新的平台和契机,大大促进了光电子集成技术的发展。本文主要研究利用光子集成器件对光波长、常规波导模式和结构光场等维度的调控,具体内容如下:（1）理论和实验研究了硅基光子集成器件对波长/频率维度的调控。（1）理论和实验研究了基于法布里-珀罗（Fabry–Pérot,FP）谐振腔的可调谐梳状滤波器,其中通过调控萨格纳克（Sagnac）环的反射和透射系数,实现对滤波器波长和带宽的调控。（2）通过控制微环谐振腔与FP腔之间的耦合状态,理论和实验实现了片上法诺（Fano）共振和电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）谱型。（3）实验制备了多功能处理器,通过集成两个16通道阵列波导光栅和16个可全场调控的马赫-曾德尔干涉仪结构（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）,成功实现了间隔可调的可编程滤波器和16通道的可重构上传下载功能,并基于该器件演示了高速信号的传输实验验证。（4）通过借鉴传统电子FPGA（Field Programmable Gate Array）的概念,设计并制备了光“FPGA”结构,实验验证了该器件的可编程能力,包括构建各种滤波器、延时线和光开关等。（2）理论和实验研究了硅基集成器件对常规波导模式的调控。（1）研制了基于微环谐振腔辅助的高阶模式复用器。（2）将Fano共振的概念引入到模式领域,提出了多模Fano共振,理论和实验实现了两模式的Fano共振,并将该器件应用于低功耗的模式光交换。（3）实验制备了片上中红外波段的4模式（解）复用器,并进行了片上模分复用高速通信实验。（3）理论和实验研究了有源和无源集成器件对结构光场的调控。（1）基于简洁的环形光栅结构,理论和实验研究了高阶涡旋光的检测。（2）通过特殊设计凹槽波导结构,理论提出并仿真验证了基于平面硅基波导的涡旋光产生器和复用器。（3）理论和实验研究了高速直调的集成矢量光激光器。基于有源的微环谐振腔结构,通过设计微环腔顶部和侧壁的二阶光栅结构实现了高边模抑制比的单模激射,该激射模式为矢量结构光场。此外,制备的直调激光器速率可达20 Gbits/s,并应用于2 km光纤矢量本征模传输实验。同时,提出了同心环谐振腔结构,可应用于矢量模式高速复用通信。（4）基于硅基光子集成平台,设计制备了多维度光发射阵列,实现对光场空间幅度、相位、偏振三个维度的动态独立调控。制备了4×4光发射阵列,通过对超过70个电极控制单元的调控,实验测得了各种复杂光场的产生结果,包括±1和±2阶涡旋光、高阶邦加球上8种矢量光场以及更为复杂的矢量涡旋光。
张志刚[9]（2020）在《基于基片集成波导的低损耗小型化电路研究》文中提出随着现代微波毫米波电路系统日新月异的发展,其功能越来越复杂、电性能指标要求越来越高。总的来说,现代社会高度网络化信息化的需求推进微波毫米波系统迅速向高集成度、小型化、多频带/多模式、多功能和低成本的方向发展。因此,低损耗、小型化的微波毫米波技术对于高性能无线通信系统的研发是非常关键的。基片集成波导（Substrate Integrated Waveguide,SIW）是一种新型平面类导波结构,SIW的出现顺应了微波毫米波电路高密度集成、小型化的发展趋势。这种集成波导既保持了传统波导的低损耗、高Q值、较高功率容量、良好的电磁屏蔽等优点,又具有成本低、集成度高的优点。但是,由于SIW的宽度受限于截止频率,具体应用面临尺寸较大的问题,因此制约了它在微波频段中广泛应用。本文主要基于多模技术和多功能技术实现SIW电路的低损耗和小型化,深入研究了多层技术、双模技术、多频带技术和多功能技术相结合的方法,更好的实现低损耗和小型化SIW电路。本文研究和实现了多种双模多层SIW滤波器和多功能的滤波耦合器等微波毫米波电路,具有低损耗和小型化的特性。主要工作和创新点包括以下几个方面:1.针对SIW单模谐振器尺寸过大、不便于集成,实现高选择性时,需要多谐振器级联,带来损耗增大的等问题。本文提出了基于基片集成圆腔（Substrate Integrated Circular Cavity,SICC）的多层双模滤波器电路。本文在多层SIW电路中,采用调控层间耦合缝隙和输入输出端口的位置关系激励双模,实现了一种具有较高阻带抑制、低损耗、小型化、高选择性的多层双模圆腔滤波器。通过调控耦合缝隙和谐振器参数,可以控制滤波器带宽和带外抑制。针对单一采用一种类型的双模SICC只能在上边带形成零点,下边带抑制水平有限,为了提升滤波器性能,本文将不同形状的双模圆形谐振器SICC,椭圆谐振器（Substrate Integrated Elliptic Cavity,SIEC）结合起来实现多个带外零点,具有更好的滤波响应,且与多层技术有效的结合,实现SIW电路的低损耗小型化。首次在多层SIW电路中引入互补型双模SICC和SIEC,利用双模SICC和SIEC零点位置不同,得到了一种具有低损耗,椭圆响应,结构紧凑的多层双模滤波器。2.多功能技术作为较为有效的实现小型化的一种技术,可以大幅度减小电路尺寸,提高系统的整体性能,也是目前小型化技术的研究热点之一。针对于目前无线通信系统中滤波器和耦合器级联带来额外损耗和占用较大面积的问题,采用多功能技术,将滤波器和耦合器的功能合而为一。针对于目前耦合器拓扑结构与所需的信号传输方向不易匹配的问题,本文首次提出了几种基于混合SIW谐振器（Mixed Shape SIW Cavity,MSSIW）的新型滤波耦合器,具有小型化和任意端口方向的特点。这几种新型耦合器具有灵活的端口结构,易于与传输方向相匹配,而不用引入附加弯曲过渡,从而减小了电路尺寸。本文提出的混合谐振器滤波耦合器更适合于发展小型化微波毫米波系统,具有重要科学意义和广阔的应用前景。3.针对基于耦合谐振器的滤波耦合器可实现带宽有限,带外抑制水平不高,不适于宽带应用等诸多问题,本文提出了一种新型宽带高选择性的多层半模基片集成波导（Half-mode Substrate Integrated Waveguide,HMSIW）滤波耦合器。通过在HMSIW顶层刻蚀新型银杏叶形缝隙（Ginkgo Leaf Slots,GLS）单元,该电路集成了带通滤波器和定向耦合器两种功能。GLS单元的结构参数用来控制通带响应和带外抑制水平,因此其频率选择性和阻带抑制带宽都有明显提高。本文提出的基于GLS单元的宽带滤波耦合器具有损耗低、体积小、选择性高、阻带带宽较宽等优点,对于丰富SIW滤波耦合器领域的研究体系具有重要的科学意义。4.为了提升滤波耦合器的性能,需要将双频带技术和多层技术成功的应用到滤波耦合器的设计中,同时又保持低损耗,小型化特性。本文首次提出了一种基于多层基片扇形谐振器（Substrate Integrated Fan-shaped Cavities,SIFCs）双频带小型化滤波环形耦合器,具有良好的双频带滤波响应,较高的隔离,通带的带宽比和中心频率灵活可控,较好的幅度和0°、180°相位平衡。本文提出的多层SIFCs双频带滤波耦合器对于扩展SIW滤波耦合器领域的研究体系具有重要科学意义。5.针对目前SIW交叉器尺寸大,损耗大等问题,基于基片集成矩形谐振器（Substrate Integrated Rectangular Cavities,SIRCs）的两个正交模式,本文提出了一种低损耗小型化的多层双模SIW滤波交叉器。通过合理安排馈电端口和耦合缝隙在多层SIRCs中的位置,很好的实现交叉器传输和隔离响应。而且,输入/出端口和隔离端口可以共用一个谐振器,这样减少了两个谐振器。针对传统SIW交叉器的隔离度提升与带宽扩展不易兼顾的问题,本文提出交叉器带宽在一定的范围内可以实现独立调控的方法。在可接受的隔离度（>20dB）条件下,可控带宽范围为1.1%到6.5%。文中三阶多层双模SIRCs滤波交叉器的电尺寸比传统SIW滤波交叉器的电尺寸减小85%,可在天线馈电网络等领域广泛应用。
孙远明[10]（2020）在《基于平面光波导的深紫外可调谐窄带滤波器理论研究》文中指出紫外吸光光谱分析法是一项重要的物质检测手段,它在海洋生化传感、海水水质分析等各类海洋探测技术领域中具有诸多应用,如检测水体环境中的污染物、营养盐、生物群落等,对于维持海洋生态系统的稳定、提高各类海洋灾害预测能力和准确度具有重要的意义和应用。目前最常用的紫外光源是氘灯光源。氘灯光源是一个典型的宽带光源,主要的发光波长范围为190-400nm。由于不同水体污染物对不同波长的光有不同的吸光度,对于多污染水体,使用宽带光源测量会引起较大的测量误差。为提高测量准确度,需要将紫外宽带光源分光,成为窄带光源。采用紫外可调窄带光源可根据水体不同污染物的种类,灵活调节用于测量的紫外波长,且能降低激发的荧光对水体污染物吸光度测量值的干扰。基于平面光波导结构的阵列波导光栅（Arrayed Waveguide Grating,AWG）具有良好的滤波特性,能够将宽带光变成不同波长的窄带光。而马赫-曾德尔（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）光开关可灵活选择通过的波长。二者集成制作的可调光源具有高灵敏度、结构紧凑、低功耗、抗电磁干扰的优点。本文首次提出并设计了深紫外波段（210-240nm）基于AWG和MZI热光开关的新型深紫外可调谐窄带滤波器,同深紫外宽带光源混合使用,实现芯片级的波长可调谐窄带深紫外光谱仪。本文详细介绍了深紫外AWG和MZI热光开关器件的理论设计,并对仿真结果进行分析,主要有以下几方面内容:①介绍了平面光波导基础理论,详细阐述了平板波导中横电模（Transverse Electric Mode,TE）、横磁模（Transverse Magnetic Mode,TM）特征方程的求解过程,分析了矩形波导有效折射率的求解方法,通过等效折射率法得到矩形波导有效折射率的求解方程。②AWG滤波器的结构和整体性能优化设计。详细地介绍了 AWG的工作原理、AWG的主要性能指标、光波导材料的选择、单模波导几何尺寸的选择、光波导结构的设计、AWG参数的设计、AWG的仿真分析、AWG的优化以及AWG的容差分析。通过优化设计阵列波导数目、喇叭口（taper）以及偏移量（offset）,确定AWG器件的几何参数,AWG器件的性能参数为:插入损耗-1.47dB,串扰-29.82dB,3dB带宽1.87nm,输出通道间距5nm。③MZI热光开关器件的整体设计。介绍了 MZI热光开关的工作原理、MZI热光开关的设计、MZI热光开关的容差分析以及热场分布。经过仿真优化,确定了 MZI热光开关的几何参数,开关长度约为7mm,消光比>23dB。结果表明,在工艺容差范围内,MZI热光开关的性能变化不大。空气槽结构能有效限制波导周围的热场,避免过多的热量散失到包层中,降低开关功耗。
二、A Compact Narrow-Band Tunable Optical Transversal Filter（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、A Compact Narrow-Band Tunable Optical Transversal Filter（论文提纲范文）
（1）面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文的研究背景及意义 |
| 1.2 论文的结构安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 光子集成和光电集成中微纳光学谐振腔的概述 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光学谐振腔的研究进展 |
| 2.2.1 FP型光学谐振腔 |
| 2.2.2 微环谐振器 |
| 2.3 基于光学谐振腔的收发一体集成芯片 |
| 2.4 光学谐振腔的特征参数 |
| 2.4.1 品质因子 |
| 2.4.2 有效模式体积 |
| 2.4.3 自由谱域 |
| 2.4.4 谐振波长 |
| 2.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 非平行光学微腔的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 非平行光学微腔的理论基础 |
| 3.2.1 基本结构 |
| 3.2.2 谐振原理分析 |
| 3.2.3 特征频率推导 |
| 3.3 屋脊型光学撖腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.3.1 结构参数 |
| 3.3.2 能量分布 |
| 3.3.3 电场强度分布 |
| 3.4 锥顶柱状光学微腔的性能仿真与结果分析 |
| 3.4.1 结构参数 |
| 3.4.2 能量分布 |
| 3.4.3 电场强度分布 |
| 3.4.4 锥顶容忍度及输出光束仿真 |
| 3.5 非平行光学微腔顶镜制备实验探究 |
| 3.5.1 光刻胶热熔法 |
| 3.5.2 圆弧形顶镜制备工艺 |
| 3.6 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 收发一体集成芯片中光学谐振腔的设计及器件测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 VCSEL激光器的理论基础 |
| 4.2.1 VCSEL激光器的结构和基本原理 |
| 4.2.2 VCSEL激光器的基本特性 |
| 4.3 PIN光探测器理论基础 |
| 4.3.1 基本结构 |
| 4.3.2 PIN光探测器的性能参数 |
| 4.4 集成芯片中光学谐振腔的设计 |
| 4.4.1 集成芯片的结构 |
| 4.4.2 集成芯片光学谐振腔的特殊设计 |
| 4.5 集成芯片工艺简介 |
| 4.6 集成芯片的测试及结果分析 |
| 4.6.1 集成芯片外延片反射谱的测试 |
| 4.6.2 集成芯片中VCSEL单元的测试 |
| 4.6.3 集成芯片中PIN光探测器单元的测试 |
| 4.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于硅基级联微环高消光比滤波器的研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 微环的理论基础 |
| 5.2.1 微环概念 |
| 5.2.2 微环参量模型 |
| 5.3 微环耦合系数和损耗计算 |
| 5.3.1 微环耦合区耦合系数的计算 |
| 5.3.2 波导群折射率与损耗的估算 |
| 5.4 基于硅基微环的高消光比滤波器的设计 |
| 5.4.1 级联微环的理论 |
| 5.4.2 器件的结构参数 |
| 5.4.3 器件的性能仿真与分析 |
| 5.5 超高消光比滤波器的版图制作及加工工艺 |
| 5.5.1 器件的版图制作 |
| 5.5.2 微环的加工工艺流程简介 |
| 5.6 级联微环滤波器的实验测试及结果分析 |
| 5.6.1 实验测试系统 |
| 5.6.2 实验测试及结果分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 缩略语 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文和申请的专利 |
| 学术论文 |
| 申请专利 |
（2）全光纤多波长调Q脉冲光纤激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题背景及研究意义 |
| 1.2 多波长调Q光纤激光器的国内外研究现状 |
| 1.3 多波长调Q光纤激光器的应用前景 |
| 1.4 本文的主要研究内容及各章节安排 |
| 1.5 本文的主要创新点 |
| 第二章 多波长调Q光纤激光器理论 |
| 2.1 激光特性与激光产生条件 |
| 2.2 多波长光纤激光器的实现方法 |
| 2.3 调Q光纤激光器基本原理与实现方法 |
| 2.3.1 调Q光纤激光器基本原理 |
| 2.3.2 调Q光纤激光器实现方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于EOM和 Sagnac环的双脉冲主动调Q光纤激光器 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 Sagnac干涉仪原理分析 |
| 3.3 实验装置 |
| 3.4 实验结果与分析 |
| 3.5 总结 |
| 第四章 基于并联FBG的全光纤被动调Q光纤激光器 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 EYDF可饱和吸收原理与非线性特性 |
| 4.2.1 EYDF-SA可饱和吸收原理 |
| 4.2.2 EYDF的非线性特性 |
| 4.3 实验装置 |
| 4.4 实验结果与分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于并联Sagnac环的波长可调谐被动调Q光纤激光器 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 并联Sagnac环滤波器原理 |
| 5.3 实验装置 |
| 5.4 实验结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 工作总结与前景展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 前景展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和科研情况说明 |
| 致谢 |
（3）高性能硅光滤波器及其应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 硅基光电子学 |
| 1.2 硅光滤波器概述 |
| 1.2.1 基于马赫-曾德干涉仪的硅光滤波器 |
| 1.2.2 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 1.2.3 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.4 基于阵列波导光栅的硅光滤波器 |
| 1.2.5 总结 |
| 1.3 本论文主要内容及创新点 |
| 1.3.1 主要内容 |
| 1.3.2 主要创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论仿真、制备和测试 |
| 2.1 硅波导光学仿真 |
| 2.1.1 硅波导模式理论 |
| 2.1.2 硅波导模式计算 |
| 2.1.3 硅波导的光场传输计算 |
| 2.2 硅基光电子器件的制备 |
| 2.3 硅基光电子器件的测试 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于微环谐振器的硅光滤波器 |
| 3.1 微环谐振器的基本原理 |
| 3.1.1 全通型微环谐振器 |
| 3.1.2 插分型微环谐振器 |
| 3.2 具有超大自由频谱范围的插分型单环滤波器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 制备和测试 |
| 3.2.3 结果和分析 |
| 3.3 具有超大自由频谱范围的平顶型高阶环滤波器 |
| 3.3.1 结构和设计 |
| 3.3.2 制作和测试 |
| 3.3.3 结果和分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 基于波导布拉格光栅的硅光滤波器 |
| 4.1 波导布拉格光栅滤波器的基本原理 |
| 4.2 2 μm波段的硅基多模波导光栅滤波器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 制备和测试 |
| 4.2.3 结果和分析 |
| 4.3 基于双光栅的偏振不敏感光学滤波器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 制备和测试 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 基于级联多模波导光栅的多通道波分复用器 |
| 5.1 面向短距通信的四通道粗波分复用器 |
| 5.1.1 结构和设计 |
| 5.1.2 加工和测试 |
| 5.1.3 结果和分析 |
| 5.2 面向无源光网络的硅基单纤三向复用器 |
| 5.2.1 结构和设计 |
| 5.2.2 制作和测试 |
| 5.2.3 结果和分析 |
| 5.3 面向无源光网络融合升级的硅基单纤四向复用器 |
| 5.3.1 结构和设计 |
| 5.3.2 制备和测试 |
| 5.3.3 结果和分析 |
| 5.3.4 总结和讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
| 作者在学期间所取得的科研成果 |
（4）集成滤波功能的可调液晶移相器设计方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 国内外在可调液晶移相器方向的研究现状及分析 |
| 1.2.1 可调移相器研究现状 |
| 1.2.2 可调液晶移相器研究现状 |
| 1.2.3 滤波移相器研究现状 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 基于人工表面等离激元的可调液晶移相器研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 液晶移相器基本理论 |
| 2.2.1 液晶材料在微波频段的响应特性 |
| 2.2.2 液晶移相器工作机理 |
| 2.3 人工表面等离激元基本理论及色散特性 |
| 2.4 基于人工表面等离激元模式的液晶移相器设计方法研究 |
| 2.4.1 基于人工表面等离激元模式的槽线液晶移相器 |
| 2.4.2 基于人工表面等离激元模式的倒置微带液晶移相器 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 具有带阻滤波功能的可调液晶移相器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 开口谐振环电磁特性分析 |
| 3.3 基于开口谐振环的磁控带阻滤波液晶移相器设计方法研究 |
| 3.3.1 传输特性分析 |
| 3.3.2 实验验证 |
| 3.4 基于发卡谐振单元的电控带阻滤波液晶移相器设计方法研究 |
| 3.4.1 电路结构设计 |
| 3.4.2 实验验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 具有带通滤波功能的可调液晶移相器研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 复合左右手传输线基本理论 |
| 4.3 基于复合左右手传输线的窄带带通滤波可调液晶移相器 |
| 4.3.1 窄带传输特性分析 |
| 4.3.2 实验验证 |
| 4.4 基于平衡复合左右手传输线的宽带带通滤波可调液晶移相器 |
| 4.4.1 复合左右手传输线的平衡特性 |
| 4.4.2 宽带传输特性分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 具有共模滤波功能的可调平衡液晶移相器研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 平衡传输线结构特征和基本理论 |
| 5.3 基于耦合谐振单元的共模滤波可调平衡液晶移相器 |
| 5.3.1 耦合谐振单元共模滤波机理 |
| 5.3.2 实验验证 |
| 5.4 基于缺陷地的共模滤波可调平衡液晶移相器 |
| 5.4.1 缺陷地结构基本原理 |
| 5.4.2 基于哑铃型缺陷地结构的可调平衡液晶移相器设计 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（5）基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基集成光电子器件 |
| 1.2 集成光延迟芯片 |
| 1.2.1 集成光延迟芯片的背景与应用 |
| 1.2.2 集成光延迟芯片的实施方法 |
| 1.2.3 集成光延迟芯片的研究现状 |
| 1.3 时间交替高重频脉冲生成器 |
| 1.3.1 高频脉冲的应用 |
| 1.3.2 时间交织高重频脉冲生成器的研究现状 |
| 1.3.3 时间交织高重频脉冲生成器的面临问题 |
| 1.4 本论文结构安排及主要内容 |
| 第二章 基于延迟线结构的硅基波长-模式脉冲交织核心元件设计 |
| 2.1 硅基光延迟线 |
| 2.1.1 硅基光波导 |
| 2.1.2 移相器和可调衰减器的设计 |
| 2.1.3 光延迟芯片架构设计 |
| 2.1.4 光延迟芯片分析与讨论 |
| 2.2 波长与模式复用器件 |
| 2.2.1 波分复用器件 |
| 2.2.2 模分复用器件 |
| 2.3 基于延迟线的脉冲波长-模式复用器模型与仿真 |
| 2.3.1 脉冲复用分立模型的仿真 |
| 2.3.2 脉冲复用整体模型的仿真 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 大范围连续可调超薄硅波导光延迟线 |
| 3.1 延迟线的设计 |
| 3.2 实验验证 |
| 3.2.1 单级和双级MZI开关的比较 |
| 3.2.2 光延迟特性 |
| 3.2.3 OTDM和 QAWG实验 |
| 3.3 进一步提升光延迟芯片性能的讨论 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 硅基波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.1.1 脉冲交织器的设计 |
| 4.1.2 不同参数对脉冲交织模型的影响 |
| 4.2 实验验证 |
| 4.2.1 波长脉冲交织器 |
| 4.2.2 波长-模式脉冲交织器 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 硅基波长-模式脉冲交织高速光采样 |
| 5.1 波长-模式脉冲交织光学采样架构 |
| 5.1.1 整体架构 |
| 5.1.2 核心组件的设计 |
| 5.2 实验验证 |
| 5.2.1 波分脉冲交织器 |
| 5.2.2 WDM带通滤波器组 |
| 5.2.3 多模EO调制器 |
| 5.3 总体性能评估 |
| 5.4 脉冲交织器的应用前景讨论 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 研究展望 |
| 参考文献 |
| 附录一 符号与标记 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间已发表或录用的论文 |
| 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
（6）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（7）被动锁模光纤激光超快瞬时动力学理论与实验研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 被动锁模技术 |
| 1.2 被动锁模光纤激光研究背景 |
| 1.3 超快激光瞬时动力学研究现状 |
| 1.3.1 传统测量技术 |
| 1.3.2 基于色散傅里叶变换技术的瞬时动力学研究进展 |
| 1.3.2.1 色散傅里叶变换技术原理 |
| 1.3.2.2 孤子频域瞬时动力学研究 |
| 1.3.3 基于时间透镜技术的瞬时动力学研究进展 |
| 1.3.3.1 时间透镜技术原理 |
| 1.3.3.2 孤子时域瞬时动力学研究 |
| 1.4 本文研究工作的重要性及主要创新点 |
| 1.5 本文的结构安排 |
| 2 被动锁模超快光纤激光动力学理论基础 |
| 2.1 非线性薛定谔方程 |
| 2.2 耦合非线性薛定谔方程 |
| 2.3 三次-五次金兹堡朗道方程 |
| 2.4 分步傅里叶解法 |
| 2.5 被动锁模超快光纤激光理论模型的建立 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 被动锁模超快光纤激光动力学理论研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 孤子产生及演化动力学研究 |
| 3.2.1 传统孤子 |
| 3.2.2 色散管理孤子 |
| 3.2.3 耗散孤子 |
| 3.3 孤子周期性演化动力学研究 |
| 3.3.1 矢量非对称孤子 |
| 3.3.1.1 实验装置及结果 |
| 3.3.1.2 仿真分析 |
| 3.3.2 双态矢量孤子 |
| 3.3.2.1 数值模拟 |
| 3.3.2.2 实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 被动锁模超快光纤激光的产生 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于玻璃-石墨烯可饱和吸收体的锁模光纤激光器 |
| 4.2.1 溶胶-凝胶法制备流程 |
| 4.2.2 实验结果及分析 |
| 4.3 波长及脉宽可调谐锁模光纤激光器 |
| 4.3.1 实验装置 |
| 4.3.2 实验结果与讨论 |
| 4.4 宽光谱锁模光纤激光器 |
| 4.4.1 实验装置 |
| 4.4.2 实验结果及分析 |
| 4.4.3 模拟结果及分析 |
| 4.5 基于Mamyshev振荡器的超快光纤激光产生研究 |
| 4.5.1 实验装置 |
| 4.5.2 实验结果及分析 |
| 4.5.3 仿真结果及分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 基于时间透镜的孤子时域瞬时动力学实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于四波混频的时域放大技术仿真研究 |
| 5.3 超短脉冲时域超快测量系统研究 |
| 5.3.1 实验装置 |
| 5.3.2 实验结果 |
| 5.4 孤子分子时域瞬时动力学测量 |
| 5.4.1 实验装置 |
| 5.4.2 实验结果及分析 |
| 5.5 孤子周期性时域瞬时动力学研究 |
| 5.5.1 实验装置 |
| 5.5.2 实验结果及分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（8）光场物理维度调控的光子集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子集成器件光场维度调控研究进展 |
| 1.3 本论文的工作及创新点 |
| 1.4 本论文的课题来源 |
| 2 光子集成单元器件及光场调控理论基础 |
| 2.1 微环谐振器 |
| 2.2 马赫-曾德尔干涉仪 |
| 2.3 阵列波导光栅 |
| 2.4 波导模式复用解复用器 |
| 2.5 光场调控与结构光场 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 光子集成器件的设计、制备和测试 |
| 3.1 光子集成单元器件的设计仿真 |
| 3.2 硅基光子集成器件的工艺制备 |
| 3.3 硅基光子集成器件的性能测试及优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 用于波长维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 4.1 硅基可调谐梳状滤波器 |
| 4.2 硅基片上Fano和EIT效应 |
| 4.3 硅基光子集成FPGA |
| 4.4 可重构硅基光子集成信号处理器件 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 用于波导模式维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 5.1 硅基微环辅助的模式复用解复用器 |
| 5.2 硅基波导模式复用解复用器 |
| 5.3 基于多模Fano效应的硅基低功耗模式光交换 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 用于结构光场调控的光子集成器件研究 |
| 6.1 基于环形光栅的涡旋光检测 |
| 6.2 基于平面硅基波导的涡旋光产生器 |
| 6.3 高速直调集成矢量光激光器 |
| 6.4 硅基多维度结构光场调控光子芯片 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表主要论文目录 |
| 附录2 中英文缩写对照表 |
（9）基于基片集成波导的低损耗小型化电路研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.3 本文的主要贡献以及创新 |
| 1.4 本文内容与结构安排 |
| 第二章 基片集成波导小型化多层双模滤波器 |
| 2.1 基片集成波导无源电路设计基础与分析方法 |
| 2.2 基片集成波导的损耗因素分析 |
| 2.3 基片集成圆腔与椭圆腔模式与谐振频率分析 |
| 2.3.1 基片集成圆波导中的场分布和圆腔谐振频率分析 |
| 2.3.2 基片集成椭圆波导的场分布和椭圆腔谐振频率分析 |
| 2.4 基片集成双模谐振腔 |
| 2.4.1 各种形状的基片集成谐振腔 |
| 2.4.2 双模原理 |
| 2.5 多层基片集成圆腔(SICC)双模滤波器 |
| 2.5.1 多层双模SICC滤波器结构 |
| 2.5.2 多层双模SICC滤波器设计 |
| 2.5.3 多层双模SICC滤波器仿真与实验研究 |
| 2.6 多层基片集成圆腔与椭圆腔(SICC、SIEC)互补型双模滤波器 |
| 2.6.1 多层双模互补型滤波器结构 |
| 2.6.2 多层双模互补型滤波器设计 |
| 2.6.3 多层双模互补型滤波器仿真与实验研究 |
| 2.7 高选择性多层基片集成波导双模滤波器 |
| 2.7.1 高选择性的多层双模滤波器结构 |
| 2.7.2 高选择型多层双模滤波器设计 |
| 2.7.3 高选择性多层双模滤波器仿真与实验研究 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 任意端口方向的小型化滤波环形耦合器 |
| 3.1 滤波器的传递函数和耦合矩阵分析 |
| 3.1.1 传递函数 |
| 3.1.2 耦合谐振滤波器的耦合矩阵分析 |
| 3.2 基于矩形、扇形以及混合(SIW)谐振器的耦合器拓扑结构 |
| 3.3 耦合器端口方向对Qe的影响 |
| 3.4 基于等效电路和耦合矩阵法的耦合器拓扑结构分析 |
| 3.5 基于混合基片集成波导谐振器(MSSIW)的滤波耦合器 |
| 3.5.1 MSSIW滤波耦合器结构 |
| 3.5.2 MSSIW滤波耦合器设计 |
| 3.5.3 MSSIW滤波耦合器仿真与实验研究 |
| 3.6 基于扇形集成波导谐振器(SIFC)的滤波耦合器 |
| 3.6.1 SIFC滤波耦合器结构 |
| 3.6.2 SIFC滤波耦合器设计 |
| 3.6.3 SIFC滤波耦合器仿真与实验研究 |
| 3.7 基于可变组合的混合型谐振器的滤波耦合器 |
| 3.7.1 2SIFC-2SIRC滤波环形耦合器 |
| 3.7.2 SIFC-3SIRC滤波环形耦合器 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 高性能多层基片集成波导低损耗小型化滤波耦合器 |
| 4.1 多层半模基片集成波导(HMSIW)宽带高选择性滤波耦合器 |
| 4.1.1 半模基片集成波导HMSIW的传输特性和设计方法 |
| 4.1.2 EBG-HMSIW耦合器结构 |
| 4.1.3 EBG-HMSIW结构分析 |
| 4.1.4 耦合器的奇偶模分析 |
| 4.1.5 滤波耦合器设计 |
| 4.1.6 宽带高选择性的滤波耦合器仿真和实验研究 |
| 4.1.7 性能对比与优势 |
| 4.2 多层基片集成波导扇形谐振器(SIFC)双频带滤波环形耦合器 |
| 4.2.1 双频带滤波耦合器的结构 |
| 4.2.2 基于耦合矩阵方法的滤波耦合器拓扑结构分析 |
| 4.2.3 双频带滤波耦合器设计考虑 |
| 4.2.4 双频带滤波环形耦合器设计 |
| 4.2.5 多层SIFC双频带滤波耦合器仿真与实验研究 |
| 4.2.6 性能对比与优势 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 多层双模基片集成波导小型化低损耗滤波交叉器 |
| 5.1 双模原理 |
| 5.2 滤波交叉器的结构 |
| 5.3 基于耦合矩阵法的滤波交叉器拓扑结构分析 |
| 5.4 多层双模滤波交叉器的设计 |
| 5.5 多层双模基片集成波导滤波交叉器仿真与实验研究 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 全文总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续工作介绍 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（10）基于平面光波导的深紫外可调谐窄带滤波器理论研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 光滤波器 |
| 1.2.2 AWG的发展现状 |
| 1.2.3 热光开关的发展现状 |
| 1.3 本文的主要工作与创新点 |
| 第二章 平面光波导理论 |
| 2.1 平板波导 |
| 2.2 矩形波导 |
| 2.2.1 马卡提里(Marcatili)法 |
| 2.2.2 等效折射率法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 基于平面光波导的深紫外AWG器件 |
| 3.1 AWG的工作原理 |
| 3.2 AWG的性能指标 |
| 3.2.1 插入损耗 |
| 3.2.2 串扰 |
| 3.2.3 3dB带宽 |
| 3.2.4 中心波长的偏差量 |
| 3.2.5 温度相关性 |
| 3.3 AWG结构设计 |
| 3.3.1 光波导材料的选择 |
| 3.3.2 光波导尺寸的选择 |
| 3.3.3 光波导结构的设计 |
| 3.4 AWG的参数设计 |
| 3.4.1 设计要求 |
| 3.4.2 AWG的参数列表 |
| 3.5 AWG的仿真结果及分析 |
| 3.5.1 AWG的优化 |
| 3.5.1.1 阵列波导数目的优化 |
| 3.5.1.2 梯形喇叭口(taper)的优化 |
| 3.5.1.3 偏移量(offset)的优化 |
| 3.5.2 AWG的工艺容差分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 基于平面光波导的光开关 |
| 4.1 光开关的基本原理 |
| 4.1.1 热光效应 |
| 4.1.2 热光开关的工作原理 |
| 4.2 MZI热光开关的设计 |
| 4.2.1 MZI热光开关的结构设计 |
| 4.2.2 MZI热光开关的仿真及分析 |
| 4.2.2.1 确定波导最佳温度差 |
| 4.2.2.2 空气槽结构分析 |
| 4.3 MZI热光开关的容差分析 |
| 4.3.1 芯包折射率差对热光开关性能的影响 |
| 4.3.2 波导宽度对热光开关性能的影响 |
| 4.3.3 波导厚度对热光开关性能的影响 |
| 4.4 AWG和MZI热光开关的集成 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
四、A Compact Narrow-Band Tunable Optical Transversal Filter（论文参考文献）
- [1]面向光子集成和光电集成的微纳光学谐振腔研究[D]. 王欢欢. 北京邮电大学, 2021(01)
- [2]全光纤多波长调Q脉冲光纤激光器的研究[D]. 郭姝颖. 天津理工大学, 2021(08)
- [3]高性能硅光滤波器及其应用研究[D]. 刘大建. 浙江大学, 2021(01)
- [4]集成滤波功能的可调液晶移相器设计方法研究[D]. 丁畅. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [5]基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究[D]. 王心怡. 上海交通大学, 2020(01)
- [6]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)
- [7]被动锁模光纤激光超快瞬时动力学理论与实验研究[D]. 张裕生. 浙江大学, 2020(02)
- [8]光场物理维度调控的光子集成器件研究[D]. 郑爽. 华中科技大学, 2020
- [9]基于基片集成波导的低损耗小型化电路研究[D]. 张志刚. 电子科技大学, 2020(01)
- [10]基于平面光波导的深紫外可调谐窄带滤波器理论研究[D]. 孙远明. 山东大学, 2020