平板光波導的矩陣方法及硅波導耦合的模擬研究
發(fā)布時間:2021-03-29 13:44
集成光學是集光電子學、光波導理論、激光技術(shù)和微電子學等于一體的交叉學科,主要研究和開發(fā)光通信、光學信息處理、光子計算機和光傳感等所需的多功能、穩(wěn)定、可靠的光集成體系和混合光電集成體系。在集成光路中,把各個分立元件連結(jié)起來的關(guān)鍵元件就是光波導,其中平板光波導是集成光學中非常重要的一種波導模型,它的導模和輻射模的場分布相對簡單,另外它還是各種復(fù)雜光波導的基本單元。因此,本文提出了使用矩陣理論來研究平板光波導的傳播模式的方法。光源小型化對于集成光路是非常重要的,芯片上的單片光源對光互連來說是絕對必要的。因此,本文提出了一種將邊發(fā)射激光器與硅波導耦合的設(shè)計方法。光纖與硅波導的耦合是集成光子學中實現(xiàn)芯片與芯片互聯(lián)時的基本問題。因此,本文提出了一種使用等離子體波導實現(xiàn)光纖與硅波導耦合的設(shè)計方法。這三部分的主要工作如下:(1)平板光波導又稱二維平面光波導,可以看成多層的堆棧,當平面波入射在層狀介質(zhì)中,在每一層邊界上發(fā)生反射和透射,此時,可以使用矩陣方法來表示各層介質(zhì)邊界上的前向和后向波的復(fù)振幅,并寫出傳輸矩陣。在導波模式下,二維波導在邊界上可以認為沒有輸入只有輸出,此時傳輸矩陣的復(fù)元素D=0,我們可...
【文章來源】:重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:121 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
中文摘要
英文摘要
1 緒論
1.1 引言
1.2 問題的提出及研究意義
1.2.1 問題的提出
1.2.2 研究的意義
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1 平板光波導基本理論的研究現(xiàn)狀
1.3.2 半導體激光器與硅波導耦合的研究現(xiàn)狀
1.3.3 光纖與硅波導耦合的研究現(xiàn)狀
1.4 本文研究的目的和研究內(nèi)容
1.4.1 本文研究的目的
1.4.2 本文研究的內(nèi)容
2 光波導的理論分析與光波導耦合
2.1 引言
2.2 平板光波導的理論分析
2.2.1 光波導的射線分析法
2.2.2 光波導的電磁分析法
2.3 矩形波導的分析基礎(chǔ)
2.4 光波導器件和傳感器
2.5 光耦合
2.6 時域有限差分法
2.7 支持向量機在耦合器設(shè)計中的回歸分析
2.7.1 統(tǒng)計學習理論和支持向量機
2.7.2 支持向量機參數(shù)優(yōu)化
2.7.3 支持向量回歸模型的性能評價
3 平板光波導的矩陣方法研究
3.1 矩陣方法
3.1.1 矩陣方法理論
3.1.2 傳輸矩陣模式
3.2 平板光波導的邊界條件
3.3 結(jié)果分析
3.3.1 階躍折射率波導
3.3.2 漸變折射率波導
3.3.3 槽波導
3.3.4 等離子體波導
3.4 小結(jié)
4 半導體激光器與硅波導的耦合研究
4.1 半導體激光器
4.1.1 半導體激光器的發(fā)展
4.1.2 半導體激光器的工作原理
4.2 耦合器的設(shè)計
4.3 耦合結(jié)果分析
4.3.1 InGaAsP/InP激光器耦合效率
4.3.2 Ge/Si氧化物激光器耦合效率
4.4 耦合損耗分析
4.4.1 InGaAsP/InP激光器耦合損耗
4.4.2 Ge/Si氧化物激光器耦合損耗
4.5 基于支持向量機的耦合效率回歸分析
4.6 小結(jié)
5 光纖與硅波導的耦合研究
5.1 引言
5.2 耦合器的設(shè)計
5.3 耦合結(jié)果分析
5.3.1 等離子體波導模式匹配
5.3.2 硅波導模式匹配
5.3.3 耦合效率與間隙、橫向偏移和縱向偏移的關(guān)系
5.3.4 光譜特性分析
5.4 基于支持向量機的耦合效率回歸分析
5.5 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
6.1 主要結(jié)論
6.2 創(chuàng)新點
6.3 后續(xù)研究工作的展望
參考文獻
附錄
A 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表及完成的論文
B 作者在攻讀學位期間參加的項目
C 學位論文數(shù)據(jù)集
致謝
【參考文獻】:
期刊論文
[1]Configuration of an optical waveguide interconnect mesh network based on EOPCB[J]. 羅風光,宗良佳. Chinese Optics Letters. 2010(02)
[2]基于4×4 mesh光互連網(wǎng)絡(luò)的EOPCB設(shè)計[J]. 李斌,羅風光,余志華,周偉林. 華中科技大學學報(自然科學版). 2009(12)
[3]基于時域有限差分法分析等離子波導和介質(zhì)波導耦合[J]. 王小龍,張波. 應(yīng)用光學. 2009(05)
[4]蟻群算法理論及應(yīng)用研究[J]. 吳詩娟,李旭偉. 硅谷. 2009(03)
[5]一種有效的全局優(yōu)化算法——模擬退火算法[J]. 汪靈枝,周優(yōu)軍. 柳州師專學報. 2005(02)
[6]蟻群算法的理論與應(yīng)用[J]. 王劍,李平,楊春節(jié). 機電工程. 2003(05)
[7]高功率二極管激光器的技術(shù)現(xiàn)狀、工業(yè)應(yīng)用及未來展望[J]. 宋曉舒. 光機電信息. 2003(08)
[8]各種激光器在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用——從顯微術(shù)到外科手術(shù)[J]. 王立斌. 光機電信息. 2002(12)
[9]高功率激光二極管陣列及其應(yīng)用[J]. 王樂,曹玉蓮,劉云,王立軍. 吉林大學學報(信息科學版). 2002(02)
[10]激光在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用[J]. 王樂. 光機電信息. 2002(06)
博士論文
[1]基于SVR的碳基及其復(fù)合材料的物理性能研究[D]. 程文德.重慶大學 2017
碩士論文
[1]表面等離子體波導研究與折射率傳感器設(shè)計[D]. 李敏鈺.北京交通大學 2010
本文編號:3107646
【文章來源】:重慶大學重慶市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】:121 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
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英文摘要
1 緒論
1.1 引言
1.2 問題的提出及研究意義
1.2.1 問題的提出
1.2.2 研究的意義
1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.3.1 平板光波導基本理論的研究現(xiàn)狀
1.3.2 半導體激光器與硅波導耦合的研究現(xiàn)狀
1.3.3 光纖與硅波導耦合的研究現(xiàn)狀
1.4 本文研究的目的和研究內(nèi)容
1.4.1 本文研究的目的
1.4.2 本文研究的內(nèi)容
2 光波導的理論分析與光波導耦合
2.1 引言
2.2 平板光波導的理論分析
2.2.1 光波導的射線分析法
2.2.2 光波導的電磁分析法
2.3 矩形波導的分析基礎(chǔ)
2.4 光波導器件和傳感器
2.5 光耦合
2.6 時域有限差分法
2.7 支持向量機在耦合器設(shè)計中的回歸分析
2.7.1 統(tǒng)計學習理論和支持向量機
2.7.2 支持向量機參數(shù)優(yōu)化
2.7.3 支持向量回歸模型的性能評價
3 平板光波導的矩陣方法研究
3.1 矩陣方法
3.1.1 矩陣方法理論
3.1.2 傳輸矩陣模式
3.2 平板光波導的邊界條件
3.3 結(jié)果分析
3.3.1 階躍折射率波導
3.3.2 漸變折射率波導
3.3.3 槽波導
3.3.4 等離子體波導
3.4 小結(jié)
4 半導體激光器與硅波導的耦合研究
4.1 半導體激光器
4.1.1 半導體激光器的發(fā)展
4.1.2 半導體激光器的工作原理
4.2 耦合器的設(shè)計
4.3 耦合結(jié)果分析
4.3.1 InGaAsP/InP激光器耦合效率
4.3.2 Ge/Si氧化物激光器耦合效率
4.4 耦合損耗分析
4.4.1 InGaAsP/InP激光器耦合損耗
4.4.2 Ge/Si氧化物激光器耦合損耗
4.5 基于支持向量機的耦合效率回歸分析
4.6 小結(jié)
5 光纖與硅波導的耦合研究
5.1 引言
5.2 耦合器的設(shè)計
5.3 耦合結(jié)果分析
5.3.1 等離子體波導模式匹配
5.3.2 硅波導模式匹配
5.3.3 耦合效率與間隙、橫向偏移和縱向偏移的關(guān)系
5.3.4 光譜特性分析
5.4 基于支持向量機的耦合效率回歸分析
5.5 小結(jié)
6 結(jié)論與展望
6.1 主要結(jié)論
6.2 創(chuàng)新點
6.3 后續(xù)研究工作的展望
參考文獻
附錄
A 作者在攻讀博士學位期間發(fā)表及完成的論文
B 作者在攻讀學位期間參加的項目
C 學位論文數(shù)據(jù)集
致謝
【參考文獻】:
期刊論文
[1]Configuration of an optical waveguide interconnect mesh network based on EOPCB[J]. 羅風光,宗良佳. Chinese Optics Letters. 2010(02)
[2]基于4×4 mesh光互連網(wǎng)絡(luò)的EOPCB設(shè)計[J]. 李斌,羅風光,余志華,周偉林. 華中科技大學學報(自然科學版). 2009(12)
[3]基于時域有限差分法分析等離子波導和介質(zhì)波導耦合[J]. 王小龍,張波. 應(yīng)用光學. 2009(05)
[4]蟻群算法理論及應(yīng)用研究[J]. 吳詩娟,李旭偉. 硅谷. 2009(03)
[5]一種有效的全局優(yōu)化算法——模擬退火算法[J]. 汪靈枝,周優(yōu)軍. 柳州師專學報. 2005(02)
[6]蟻群算法的理論與應(yīng)用[J]. 王劍,李平,楊春節(jié). 機電工程. 2003(05)
[7]高功率二極管激光器的技術(shù)現(xiàn)狀、工業(yè)應(yīng)用及未來展望[J]. 宋曉舒. 光機電信息. 2003(08)
[8]各種激光器在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應(yīng)用——從顯微術(shù)到外科手術(shù)[J]. 王立斌. 光機電信息. 2002(12)
[9]高功率激光二極管陣列及其應(yīng)用[J]. 王樂,曹玉蓮,劉云,王立軍. 吉林大學學報(信息科學版). 2002(02)
[10]激光在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用[J]. 王樂. 光機電信息. 2002(06)
博士論文
[1]基于SVR的碳基及其復(fù)合材料的物理性能研究[D]. 程文德.重慶大學 2017
碩士論文
[1]表面等離子體波導研究與折射率傳感器設(shè)計[D]. 李敏鈺.北京交通大學 2010
本文編號:3107646
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