一、FDTD Method in the Analysis of Lithium Niobate Modulator（论文文献综述）
刘宇[1]（2021）在《基于正常色散铌酸锂薄膜光波导的光频率梳研究》文中认为光学频率梳（光频梳）在波分复用光通信系统、任意波形产生、光谱测量、精密测距等领域具有广泛的应用前景,是目前的研究热点之一。本文主要针对基于正常色散铌酸锂薄膜光波导产生1550nm波段的宽带相干平坦光频梳（频率间隔为10GHz-100GHz）进行了深入的研究。具体包含了基于电光调制脉冲或锁相双频激光泵浦正常色散铌酸锂光波导产生平坦光频梳以及基于锁相双频激光泵浦铌酸锂微环谐振腔产生平坦光频梳。（1）对多模铌酸锂薄膜光波导的准TE0模的色散进行了优化设计和调控。利用双曲正割脉冲泵浦正常色散铌酸锂光波导,仿真产生了3d B带宽约为32nm的相干性平坦光频梳。研究了脉冲峰值功率、宽度、形状、初始啁啾、波导二阶色散、三阶色散、损耗等参数对光频梳性能的影响。利用反常色散铌酸锂光波导进行孤子脉冲压缩级联正常色散铌酸锂光波导中产生了2.6d B带宽约为32nm的光频梳,提升了光频梳的平坦度。分析了相邻脉冲交叠对于光频梳的影响。（2）利用相位锁定的双频连续波激光经过两级脉冲压缩后输入正常色散铌酸锂光波导,仿真产生了20d B带宽约为100nm的光频梳。研究了双频激光初始功率差异、波导三阶色散、损耗等参数对光频梳性能的影响。通过将压缩后的脉冲整形为五阶超高斯脉冲,产生了3d B带宽约90nm的平坦光频梳。研究了弯曲半径对色散的影响,基于欧拉弯曲在5mm×5mm面积设计了米长度量级的Spiral结构单元,可节约芯片面积。（3）利用相位锁定的双频连续波激光泵浦正常色散铌酸锂微环谐振腔,仿真产生了带宽约96nm具有10d B平坦度的光频梳。研究了泵浦功率、波导损耗、二阶色散对有效红失谐区、调谐范围以及光频梳性能的影响。对微环谐振腔结构进行了优化设计,通过将圆形弯曲设计为欧拉U形弯曲,可降低微环谐振腔的损耗同时避免高阶模式的激发。
贺群淞[2]（2021）在《基于微波光子学的微弱微波信号探测性能提升的研究》文中研究表明随着微波雷达信号对更大带宽的需求,微波雷达信号向更高频段探索。具有宽带化、阵列化、小型化优势的微波光子雷达成为研究热点。高频微波信号容易在大气传输过程中受到损耗,特别是在潮湿环境下会受到强烈的吸收损耗。这将导致雷达探测过程中接收到的回波信号强度微弱、信噪比低。因此,在微波光子雷达接收端中针对高频微弱微波信号的处理是重要的研究方向之一。传统的电光调制器通常对调制信号的信噪比和驱动功率要求较高,微弱回波信号不能达到其调制深度的要求,使得其不能直接利用接收到的微弱回波信号,这限制了微波光子雷达接收端的发展。针对微波光子雷达系统接收端中探测微弱信号时接收功率和接收信噪比受到的限制,本文首先提出了基于微环谐振腔的高电光转换效率微弱微波信号探测系统,完成了对微弱微波信号接收端的总体设计。本文研究并建立了输入微波信号与上转换光信号之间的电光转换关系,分析得到在输入微波信号满足微弱信号的条件下,上转换光信号与输入微波信号呈线性关系。通过研究谐振腔中实现电光上转换满足的条件,分析得到谐振腔内的信号转换相互作用强度受非线性系数和电场叠加因子的影响,仿真得到了最优化的设计方案。实现了接收带宽为19.34 MHz的微弱微波信号探测系统,可实现微瓦量级（-30 dBm）以下的微弱微波信号探测,微环谐振腔中的信号功率转换效率为4.37×104,对应光子转换效率为6.78×10-2,突破了传统回音壁模式谐振腔结构中光子转换效率和转换带宽的限制。可以满足强背景噪声下的微弱微波信号探测需求。针对噪声对微弱微波信号探测系统的影响,提升微弱微波探测系统中的光信号输出性能,本文提出了基于硅基石墨烯混合波导的可调谐带通微波光子滤波器,并利用该滤波器对微弱微波信号探测系统的输出信噪比做出了改进。本文通过仿真研究建立了硅基石墨烯混合波导有效折射率随石墨烯化学势的变化关系及硅基石墨烯波导的电调节机制。研究了微波光子滤波器的频谱响应模型,分析得到了适用于微弱微波信号探测的最优化滤波器参数。设计得到的微波光子滤波器的3 dB通带宽度为3.74 GHz,矩形系数为1.29,具有36 dB以上的带外抑制。通过外加电压的控制可以获得70 GHz以上的通带调谐性能。利用该滤波器可以有效的滤除上转换信号输出中携带的泵浦光和杂散光干扰信号,提升了微弱微波信号探测系统的输出信噪比。优化后的微弱微波信号探测系统的最小可探测功率达-93.34dBm。对比热噪声背景下天线接收的输入信噪比,微弱微波信号探测系统的输出信噪比提升了8.66 dB。针对基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统中的带宽限制,改善微弱微波信号探测系统对宽带信号的接收能力,本文提出基于半径编码微环谐振腔阵列的宽带微弱微波信号接收方案。本文研究了适用于微弱步进频率编码脉冲信号的微环谐振腔阵列结构。在单个微环谐振腔接收带宽不变的情况下,极大地提高了宽带微弱微波信号接收能力。研究给出了频率编码脉冲信号与输出光信号之间的转换关系,分析了阵列接收系统中波导与微环谐振腔的耦合率、微环谐振腔半径对系统的接收带宽和接收信号中心频率的影响。系统的最小可探测功率谱密度为-166.2dBm/Hz,可实现输入微波信号功率谱密度为-96.0 dBm/Hz以下,动态范围为70.2dB的微弱微波信号探测,仿真实现了193.41 MHz的步进频率脉冲信号接收带宽。基于微环谐振腔阵列的微弱微波信号接收系统并不局限于一个固定频率编码的脉冲信号,通过对微环谐振腔阵列的半径进行编码可以适配脉冲信号的步进频率,实现多种步进频率编码下的脉冲信号接收。本文的研究成果解决了微波光子雷达无法直接探测处理微弱微波信号的难题,降低了微波光子雷达接收端电光转换过程的最小可探测功率并改善了系统的输出信噪比。为微波光子雷达在微弱信号探测的发展中提供了支撑,为微波光子通信领域的微弱信号探测和处理提供了有力的参考。
林瑞[3]（2021）在《硅基偏振无关电光调制器基础研究》文中指出光调制器通过电信号来动态调控输出光信号,在高速、长距离光纤通信系统中占据重要的地位。近些年来硅基片上光互联技术已经成为了调制器的一个重要的发展方向,因此如何获得更高性能的电光调制器已经成为集成光电子及应用市场领域的研究热点。为获得高速率、高带宽、低损耗的调制器,一些典型的电光材料如铌酸锂、有机聚合物、石墨烯等陆续被提出。尽管光调制器在近些年来取得了巨大的发展,但绝大多数仍不可避免的要面对偏振敏感的问题,即如果光纤中偏振方向变化的光信号进入到偏振敏感的调制器中时会造成偏振相关损耗,进而影响调制效率,因此调制器偏振敏感问题的解决将能够极大提升器件的调制效率。本文通过调研目前主流硅基偏振无关电光调制器及其相关工作,基于光波导模式理论,提出实现偏振无关调制的两种方法,并根据这两种方法,提出三种硅基偏振无关电光调制器的结构,结合理论分析和仿真工作,验证其可行性。具体研究工作内容如下:1.对目前电光调制器及偏振无关电光调制器的研究现状进行调研,着重分析其实现偏振无关调制的原理。对于目前实现偏振无关调制的各种器件在工艺可行性、复杂性、性能优劣及如何改进等方面提出自己的见解。2.基于波导模式理论及波导模式转换理论,提出实现偏振无关调制的两种方式,第一种方式是利用电光材料对于不同光偏振分量的重叠效果,通过合理的设置其在波导内的位置,使其能够实现对于不同偏振分量拥有相似的作用效果;另一种则是在调制前实现模式转换,即将在调制区域内与电光材料相互作用弱的模式转换为在调制区域内与电光材料相互作用强的模式,并通过对典型的条形波导进行模式分析,得到实现模式转换的重要结构参数。3.基于两种实现偏振无关调制的方法,提出了能够实现偏振无关调制的三种电光调制器的结构,包括两种基于模式转换结构和一种石墨烯倾斜覆盖型结构。在仿真工作的支持下,证明其能够实现偏振无关调制,并通过分析其结构参数对于器件性能的影响,提出结构参数的最优解,对比之前相关工作,对其性能表征和工艺上的优劣进行分析,并提出可供改进的地方。
杨小妮[4]（2021）在《单晶铌酸锂薄膜调制器研究》文中指出商用电光调制器多为块材结构,器件体积较大且集成度较低,当器件尺寸相对较大的时候,电光调制器的半波电压会很高,功率损耗较大,而薄膜电光调制器具有体积小、功耗低、经济高效、能满足长远的性能需求等多方面的优势。本文以单晶铌酸锂（LiNbO3）薄膜电光器作为研究对象,首先优化了M-Z型电光调制器的光学组成部分光分支器的结构;其次,对基于铌酸锂薄膜的M-Z型电光调制器进行了仿真优化设计,电极为共面波导（CPW）结构,以减小半波电压。主要研究成果如下:1、铌酸锂光波导模式仿真M-Z电光调制器在光波导的传输为单模模式,本文利用有限元软件对铌酸锂薄膜脊形波导模式仿真,确定了膜厚为450 nm铌酸锂薄膜脊形光波导的单模传输尺寸。结果显示,在脊宽为1μm的条件下,刻蚀深度为350 nm比刻蚀深度为150nm的脊形波导中传输Ex11（quasi-TE）模式的光场更加稳定,光场模式半径更小且光功率更加集中,因此单模传输脊形光波导刻蚀深度为350 nm。2、铌酸锂光分支器的仿真建模研究为了降低光分支器的传输损耗并提高器件集成度,本文采用有限元仿真软件研究了基于单晶铌酸锂（LiNbO3）薄膜材料的Y型、双圆弧型、余弦型、上升反正弦型光分支器在不同结构条件下的性能,结果表明余弦型-光分支器在实现较小的集成度和较低的光传输损耗方面具有明显的优势。当分支器末端距离G为15μm,弯曲长度L取值为20μm时余弦型-光分支器可以实现传输损耗较低且集成密度较高。根据仿真结果,最后完成了光分支器掩膜版图的绘制。3、M-Z型电光调制器的仿真建模研究通过对M-Z型电光调制器电极参数进行综合仿真优化,完成了电光调制器的微波波速与光波波速相匹配、以及行波电极的特性阻抗与50Ω匹配,实现了调制器较小的半波电压,其中微波频率为20 GHz,电极长度为1 cm。结果表明当缓冲层厚度为2.2μm、电极厚度为2.5μm、电极间距为4μm、源电极宽度为16μm时,微波有效折射率为1.7955,能与光波有效折射率1.7994匹配,电极的特性阻抗为47.955Ω,调制器的半波电压为4.35 V。其次,本文根据仿真设计,提出了一种易于实现电光波速匹配的方法,即在埋层添加两侧的空腔和中心空腔,三个空腔结构的高度不高于埋层厚度且宽度不小于上方对应的电极宽度,使得电光调制器在更高的电带宽更容易实现电光波速匹配,从而使通信速率更快,且不会导致半波电压的增加。4、光分支器的光学测试分别对Y型、双圆弧型、余弦型、上升反正弦型四种结构的光分支器进行光学测试。将测试分支器的插入损耗与仿真数据的传输损耗对比分析,得到余弦型-光分支器结构较好,当G=15μm时,余弦型-光分支器L参数取值为20μm能实现传输损耗较低且集成密度较高,从而证实了仿真数据基本正确。
闫飞旭[5]（2020）在《基于光子晶体波状PN结电光调制器的研究》文中研究表明随着数据通信产业的快速发展,人们迫切希望光通信系统的信号传输速度更高、传输成本更低。电光调制器作为光通信系统中的关键器件,研究高调制速率、低驱动电压、低插入损耗的电光调制器可以有效提高光通信系统的传输质量。光子晶体（Photonic crystal）由于其材料特性优越而受到了人们的广泛关注,因此开展对光子晶体电光调制器的研究具有重要价值。本文提出一个基于光子晶体波状PN结电光调制器,该调制器在二维光子晶体中引入六边形光学谐振腔,在谐振腔处添加不同浓度的p型和n型掺杂从而引入波状PN结,平板电极采用反向偏置电压,通过在光子晶体平板两侧施加不同电压实现对入射光的“通”、“断”调制,利用Lumerical仿真软件的FDTD Solutions模块和Device模块分别构建器件的仿真模型,并依据仿真结果分析器件性能的影响因素。然后通过改变波状PN结的波高和周期,观察器件调制速率、驱动电压、插入损耗等性能的变化情况。结果表明:经优化后的调制器可以实现当外加电压分别为0 V和1.04 V时,有效折射率差达到0.002,可以实现中心波长为1584.5 nm的TE模窄带宽“通”、“断”调制,调制速率达到8 GHz,驱动电压仅1.04 V,消光比高达30.8 d B,插入损耗仅有0.5 d B,Q值高达1.4×104。本文研究的调制器对于高速光通信系统具有重要意义和潜在的应用价值。
王心怡[6]（2020）在《基于硅基光学延迟线的波长-模式脉冲交织器研究》文中提出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。
许正英[7]（2020）在《周期电磁结构波导机理与应用研究》文中指出随着物联网、5G通信、人工智能和高性能计算等信息技术的兴起,高速率、大容量、低损耗的光子集成回路（PIC）已成为各类新型信息系统的技术基础,各种功能光子集成器件（PIDs）不断涌现。PIDs功能的拓展和性能的提高与波导材料及结构密切相关。周期电磁结构（PEMS）波导具有结构设计灵活、材料选择多样、电磁操控能力强等优势,为小尺寸、高性能、大规模集成PIDs的实现提供了新的技术途径。论文将PEMS波导和先进波导材料相结合,研究紧凑型多功能偏振控制器和片上集成波导激光器。首先,论文阐述了PEMS波导的基本工作原理,推导了耦合模方程的一般形式并给出了重要参数的解析式;分析讨论了亚波长PEMS波导等效折射率及模式特性;介绍了常用的数值分析方法,为后续PEMS-PIDs的设计和研究工作奠定基础。其次,论文针对绝缘体上硅材料平台中偏振敏感问题展开研究,提出并优化设计了三种新型PEMS偏振控制器。基于水平槽波导光栅辅助反向耦合器结构的TM通过/TE功分偏振分束器长14μm,中心波长处TE和TM模式的消光比分别为38.4 dB和20.9 dB;基于三波导混合等离子体光栅辅助反向耦合器结构的TE模式起偏器长16.48μm,工作带宽为270 nm;基于交替排列亚波长光栅结构的TM模式起偏器长5.2μm,插入损耗低于0.32dB消光比高于20 dB的带宽为155 nm。与现有光子集成偏振控制器方案相比,上述三种PEMS偏振控制器方案优势明显。然后,论文研究了基于碳系材料的PEMS偏振控制器。提出了一种基于绝缘体上金刚石材料平台的亚波长光栅辅助定向耦合器型偏振分束器,器件长22.2μm,工作带宽覆盖整个O波段;提出了一种基于石墨烯/SiO2多层膜堆栈结构的PEMS超构材料TE模式起偏器,其中心波长处的插入损耗和消光比分别为0.228 dB和15.99 dB,工作带宽为60 nm。接着,论文提出了一种片上分布式布拉格反射铒镱共掺Al2O3波导激光器技术方案,由弯曲增益波导和对称排列的布拉格光栅构成,具有结构紧凑、制备工艺简单的优势;采用磁控溅射法制备了铒镱共掺Al2O3薄膜,探究了不同退火温度对薄膜的影响,研究表明,退火温度为850℃时,薄膜的表面形貌、结晶程度、晶格结构和光致发光强度最佳。最后对论文的研究内容和结论进行总结,并对后续工作进行展望。
公姿苏[8]（2020）在《基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用》文中研究表明在大数据、云计算、物联网、高清视频等新一代信息技术日新月异的今天,“云生活”成为一种新潮的生活方式,庞大的数据吞吐量以及数据传输速率,对未来通信行业提出了更高的要求。集成光子器件得益于尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等优势,无论是在通信、传感、计算乃至人工智能方面都有非常广泛的应用。在众多实现集成光子器件的材料中,铌酸锂凭借其良好的电光效应、声光效应、压电效应、双折射特性以及非线性效应,享有“光学硅”的美誉,在集成光子学领域占据着十分重要的地位。铌酸锂薄膜（LNOI）的问世,为铌酸锂行业的发展带来了技术革新,LNOI不但保留了铌酸锂材料的优良特性,而且由于铌酸锂与二氧化硅材料之间具有较高的折射率差（0.7）,使得基于LNOI的光波导器件无论是在器件的性能方面还是在集成度方面都有非常大的提升,因此吸引了大量的研究者。近年来,基于LNOI的光波导器件层出不穷,目前报道的主要有低损耗光波导、电光调制器、声光调制器、谐振腔、光子晶体以及非线性光学器件等。LNOI已经成功实现了与Si、SiN等平台的混合集成,能够综合各种材料的优势于一身。LNOI将来能够在大规模光子集成电路、集成微波光子系统等领域发挥重要作用,成为未来光子集成电路广泛应用的平台指日可待。但是目前LNOI仍然处于快速发展的阶段,要使LNOI成为一个具有吸引力和竞争力的集成光学平台,更多的LNOI光波导器件有待研究,尤其是基于LNOI的偏振控制器件以及光延迟线等方面,目前的研究还有所欠缺。微波光子技术,采用光子技术实现高速微波信号的产生、处理、传输与测量,自提出以来就吸引着大量的光子学以及微波领域的研究者,特别是能够克服传统滤波器电子瓶颈的微波光子滤波器,更是其中的研究热点。集成光子技术的飞速发展,将微波光子滤波器推向了全新的发展高度,不但为微波光子滤波器减小了体积、降低了成本和复杂度,同时还带来了包括带宽、光谱分辨率、噪声性能、可调谐与可重构性方面性能的大幅度提高。此外,单片集成以及混合材料异质集成技术的重大研究进展,有助于实现单片集成的微波光子滤波器。铌酸锂材料卓越的电光效应,使得其在微波光子系统中具有独一无二的优势,因此研究基于LNOI的光波导器件特别是偏振控制器件以及光延迟线,不但能够填补LNOI平台在这一方面的研究空缺,开拓LNOI集成光子平台的发展前景,还能够为未来基于LNOI的高集成度微波光子滤波器以及微波光子系统探索道路,并提供可靠的理论依据与研究基础。本文基于LNOI,提出了定向耦合型的偏振分束器以及波导光栅可调谐光延迟线,并基于上述两种器件提出了一种可调谐陷波微波光子滤波器和一种可调谐的带通微波光子滤波器。本文的主要研究内容及创新点归纳如下:（1）基于LNOI结构,充分利用铌酸锂材料自身的双折射特性,提出一种结构紧凑的定向耦合型偏振分束器。从LNOI条形波导的有效折射率分析入手,对器件进行了理论分析和建模仿真,以器件长度和消光比作为优化器件性能的评价指标,实现器件最优化设计。数值结果表明,当TE（TM）模式输入时,偏振分束器的消光比能够达到38 dB（38.8 dB）,工作带宽135 nm（50 nm）,对波导宽度的工艺容差>100 nm（40.5 nm）,对铌酸锂薄膜厚度的工艺容差约为160 nm。（2）基于LNOI结构,提出一种波导光栅可调谐延迟线,该延迟线由均匀波导布拉格光栅与分布于光栅两侧的电极阵列组成,利用铌酸锂良好的电光效应,突破了光栅延迟线的传统工作模式,通过改变外加电压的施加位置即可实现时延的主动式可调谐,通过不同的外加电压即可实现延迟线的灵活可重构。经过数值仿真与分析,光栅的最大时延可达为310 ps,可调谐范围达300 ps,调谐精度10ps,中心反射波长的调谐范围为1.66nm。（3）针对单光源微波光子滤波器偏振敏感问题提出一种基于LNOI偏振分束器和波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器,并且进行了建模仿真与实验验证,仿真（实验）结果表明,滤波器的陷波深度能够达到48.72 dB（22.54 dB）,同时测试了滤波器对干扰信号的抑制作用以及中心频率调谐性能,其中心频率调谐范围约为1.57 GHz。该滤波器具有结构简单、功耗低、响应速度快等优点。（4）基于LNOI波导光栅延迟线提出一种可调谐的带通微波光子滤波器,利用阵列波导光栅（AWG）对宽谱光源进行切割实现多抽头微波光子滤波器,采用相位调制转强度调制实现带通滤波,由于波导光栅可调谐延迟线的低功耗、多波长主动调谐的优势,只需改变延迟线的加电电压以及加电位置即可实现滤波器通带的灵活调谐。
赵然[9]（2020）在《基于亚波长光栅的硅基垂直耦合器研究》文中指出随着信息技术的发展,通信、计算、传感、人工智能乃至消费等领域对信息的处理和传输速度提出了更高的要求,相比电子,光子作为信息处理和传递的载体具有更稳定可控的调制和复用维度,如振幅、相位、波长、偏振态、模式等,具有更大的带宽、更高的频谱利用率和更大的通信容量,成为下一代信息技术发展的重要方向。特别是硅基光电子技术,其利用微米/纳米级光电子器件的工作原理,使用与硅基集成电路技术兼容的技术和方法将不同器件集成在同一硅衬底上,具有集成密度高、传输容量大、功耗低、可大规模标准化生产等优势而备受青睐,发展迅速。目前基于90nm工艺的硅光子工艺线已逐渐成熟,日渐提高的工艺水平为更多新结构、新功能的硅基光电子器件提供了更多的设计空间。特别是亚波长光栅,目前在工艺支持下利用硅基亚波长光栅波导替代硅基光波导,通过调整占空比调控波导的等效折射率,进而在相位调控、偏振控制、光场耦合等方面扩展了操控的维度,产生了一系列基于亚波长光栅的新型器件。本论文利用模式分析方法和时域有限差分方法建立了亚波长光栅及相关器件的分析模型并对其进行了仿真设计,利用耦合模原理对亚波长光栅耦合过程进行了分析,明晰了亚波长光栅的基本特性、工作机理和耦合过程。在此基础上,本文还将定向耦合应用于垂直耦合中,设计了一种硅基直波导垂直定向耦合器和一种亚波长光栅垂直定向耦合器,分析和归纳了两种垂直定向耦合器的结构参数与工作特性。面向硅基3D异质集成对垂直耦合器的要求,创新性地设计了基于亚波长光栅的硅基绝热拉锥垂直耦合器。通过建立亚波长光栅耦合模分析和等效折射率模型,提出用于硅-铌酸锂异质集成所需的新型硅基垂直耦合器基本结构。通过数值仿真进一步优化器件参数,结合90nm硅光工艺要求,优化得到长度仅为15μm的硅基垂直耦合器,该器件尺寸仅为传统绝热拉锥垂直耦合器的十分之一,同时具有大工艺容差,在硅基3D异质光电集成领域具有良好的应用前景。
陈艺璇[10]（2020）在《面向光子射频前端微环电光调制器研究》文中研究说明在光子射频前端中实现微波信号到光域的转换功能需要的核心单元是电光调制器。为了满足整个通信链路的动态光传输,需要大调制带宽以及高效的高性能电光调制器。高性能的电子信息系统因其对电磁的易感性,对电磁信号接收高度灵敏,决定了其易受到高能电磁武器或瞬态电磁脉冲的定向毁伤冲击。为解决这一问题,我们提出了采用光波导微环谐振器构建免电极电光调制器,并利用全介质谐振天线接收增强微波信号场,通过介质天线与光波导微环调制器的模场匹配,实现微波光调制并构成光子射频接收前端,为提升通信系统抗电磁毁伤提供一种可能的有效途径。本论文面向光子射频前端中电光转换的需求,重点开展了基于硅衬底上的单晶铌酸锂薄膜材料（LNOI）的电光调制器相关研究。主要研究工作如下:（1）设计了用于光波导微环谐振器光输入输出波导光栅耦合器,进行计算机仿真验证。在布拉格相位匹配条件、耦合效率计算方法、以及时域有限差分法（FDTD）的理论基础上,在LNOI波导结构上设计了均匀和非均匀两种不同结构的光栅耦合器,以提高耦合效率为目的,结合模场的分析对结构参数进行优化。基于耦合模理论和本征模方程推导了耦合效率与光栅周期、占空比与刻蚀深度的关系,并利用FDTD进行仿真与验证分析,采用控制变量的思想得到在波长为1550nm的TM偏振光模式下,刻蚀深度为350nm,光栅周期为980nm,占空比为0.37时耦合效率达到35%,而非均匀光栅在保持刻蚀深度不变的情况下,通过调整周期的线性变化率,分析对比了两种结构下TM模式偏振光的光栅耦合器性能。（2）完成了面向Ku频段12.8GHz射频前端的光波导微环谐振器的结构优化。为提高微环的电光调制效率,在射频信号为12.8GHz的频率下优化设计了LN波导的宽度,以及耦合区与耦合系数的关系,在高Q值为106下,设计了耦合系数及耦合区长度。通过理论推导和模拟仿真,获得了介质谐振天线的电场与光波导微环谐振光场的有效匹配方案,以实现光波场与微波高效耦合转换;对比非对称极化的微环谐振器的总体芯片设计和以及基于非均匀场调制的微环结构设计。（3）设计了介质天线与光波导微环电光调制器的模块集成方案。根据半球介质天线和方形介质块的场模式分布特征,设计了介质天线与光波导微环谐振器的组合及模块集成方案,提升了铌酸锂电光调制器的调制效率。
二、FDTD Method in the Analysis of Lithium Niobate Modulator（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、FDTD Method in the Analysis of Lithium Niobate Modulator（论文提纲范文）
（1）基于正常色散铌酸锂薄膜光波导的光频率梳研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 光频梳的产生方式以及国内外研究现状 |
| 1.2.1 基于锁模激光器产生光频梳 |
| 1.2.2 基于电光调制器产生光频率梳 |
| 1.2.3 基于微环谐振腔产生光频梳 |
| 1.2.4 基于非线性超连续谱展宽产生光频梳 |
| 1.3 常见的非线性材料 |
| 1.4 本论文的主要研究内容 |
| 2 光频率梳产生的理论基础 |
| 2.1 光脉冲传输理论 |
| 2.1.1 麦克斯韦方程组 |
| 2.1.2 广义非线性薛定谔方程 |
| 2.1.3 非线性薛定谔方程数值求解 |
| 2.2 波导中的色散和非线性特性 |
| 2.2.1 群速度色散效应 |
| 2.2.2 自相位调制效应 |
| 2.2.3 交叉相位调制效应 |
| 2.2.4 四波混频 |
| 2.3 脉冲在非线性光波导中的传输特性 |
| 2.3.1 正常色散中的自相位调制和光波分裂 |
| 2.3.2 反常色散中的孤子压缩 |
| 2.3.3 正常色散HNLF级联SSMF的啁啾脉冲压缩 |
| 2.4 脉冲在非线性微环谐振腔中的传输特性 |
| 2.4.1 LLE方程的推导 |
| 2.4.2 微环的特征参数 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 基于无腔铌酸锂光波导的高重复频率平坦光频梳 |
| 3.1 铌酸锂光波导的色散调控 |
| 3.2 基于正常色散铌酸锂光波导的光频梳产生 |
| 3.2.1 基于正常色散铌酸锂光波导产生光频梳的系统结构 |
| 3.2.2 基于正常色散铌酸锂光波导产生光频率梳的时频演化过程 |
| 3.2.3 不同参数对光频梳的影响 |
| 3.3 基于反常色散级联正常色散铌酸锂光波导的光频率梳产生 |
| 3.3.1 基于反常色散级联正常色散铌酸锂光波导产生光频梳的时频演化过程 |
| 3.3.2 脉冲交叠对于光频梳的影响 |
| 3.3.3 国内工艺条件的铌酸锂光波导色散调控 |
| 3.4 基于双频激光泵浦铌酸锂光波导的高重复频率平坦光频梳 |
| 3.4.1 基于双频激光泵浦铌酸锂光波导的平坦光频梳的系统结构 |
| 3.4.2 包层为SiO_2的铌酸锂光波导的色散调控 |
| 3.4.3 基于正常色散铌酸锂光波导产生光频率梳的时频演化过程 |
| 3.4.4 不同参数对光频率梳性能的影响 |
| 3.5 Spiral集成波导的设计 |
| 3.5.1 Spiral波导结构及欧拉弯曲 |
| 3.5.2 Spiral波导的仿真设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 基于双频泵浦正常色散微腔的高重复频率平坦光频梳 |
| 4.1 色散调控 |
| 4.2 脉冲在微腔中的时频演化 |
| 4.2.1 微腔光频梳的产生 |
| 4.2.2 泵浦功率对微腔光频梳的影响 |
| 4.2.3 损耗对微腔光频梳的影响 |
| 4.2.4 色散对微腔光频梳的影响 |
| 4.3 微腔结构设计 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 结论 |
| 5.1 论文研究总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）基于微波光子学的微弱微波信号探测性能提升的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 微弱微波信号光子学探测方法的研究进展 |
| 1.2.1 微波光子雷达的研究 |
| 1.2.2 电光信号转换方法的研究 |
| 1.2.3 微波光子滤波器的研究 |
| 1.2.4 国内外研究现状分析 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第2章 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统的总体设计 |
| 2.2.1 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统 |
| 2.2.2 微环谐振腔中微弱微波信号的上转换增强 |
| 2.2.3 微波光子滤波器对上转换光信号的滤波 |
| 2.3 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统性能影响因素研究 |
| 2.3.1 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统的工作机理 |
| 2.3.2 微环谐振腔中的光传输性能影响因素分析 |
| 2.3.3 基于微带传输线的微波谐振腔性能影响因素分析 |
| 2.3.4 微环谐振腔中的信号转换影响因素分析 |
| 2.4 基于微环谐振腔的微弱信号探测系统的仿真研究 |
| 2.4.1 光学微环谐振腔的仿真分析 |
| 2.4.2 基于微带传输线的微波谐振腔的仿真分析 |
| 2.4.3 基于微环谐振腔的微弱微波信号探测系统的性能分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 提升微弱微波信号探测系统输出性能的微波光子滤波器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硅基石墨烯混合波导的设计和仿真 |
| 3.2.1 石墨烯的电光调谐性能分析 |
| 3.2.2 硅基石墨烯混合波导的传输特性 |
| 3.2.3 硅基石墨烯混合波导的电光调谐性能仿真 |
| 3.3 基于硅基石墨烯混合波导的微波光子滤波器的研究 |
| 3.3.1 微波光子滤波器的设计 |
| 3.3.2 微波光子滤波器的仿真 |
| 3.3.3 微波光子滤波器的性能分析 |
| 3.4 微波光子滤波器对微弱微波信号探测系统的性能提升 |
| 3.4.1 微弱微波信号探测系统内的噪声分析 |
| 3.4.2 微波光子滤波器对微弱微波信号探测系统的性能提升 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于微环谐振腔阵列的宽带微弱微波信号探测系统的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于微环谐振阵列的宽带微弱微波信号探测方法 |
| 4.2.1 宽带微波雷达信号对雷达距离分辨率的提升 |
| 4.2.2 步进频率编码脉冲信号对信号带宽的提升 |
| 4.2.3 基于微环谐振腔阵列的微弱步进频率编码脉冲信号探测系统 |
| 4.3 基于微环谐振腔阵列的宽带微弱信号探测系统的仿真研究 |
| 4.4 基于微环谐振腔阵列的宽带微弱信号探测系统的性能分析 |
| 4.5 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 |
（3）硅基偏振无关电光调制器基础研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作背景及意义 |
| 1.2 基于传统电光材料调制器发展概述 |
| 1.3 硅基偏振无关电光调制器研究现状 |
| 1.4 论文研究工作内容 |
| 第二章 硅基偏振无关电光调制器设计原理分析 |
| 2.1 偏振无关调制原理分析 |
| 2.2 波导模式理论分析 |
| 2.2.1 光波导模式数值分析方法 |
| 2.2.2 平板光波导模式分析 |
| 2.2.3 条形光波导模式分析 |
| 2.3 波导模式转换理论 |
| 2.3.1 绝热锥形光波导结构 |
| 2.3.2 非对称定向耦合器(ADC)结构 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 一种倒脊型结构硅基石墨烯偏振无关电光调制器 |
| 3.1 前言 |
| 3.2 石墨烯的电光特性 |
| 3.2.1 石墨烯的光吸收特性 |
| 3.2.2 石墨烯的电光调制特性 |
| 3.3 器件结构设计及原理 |
| 3.4 器件性能分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 一种基于模式转换硅基石墨烯偏振无关电光调制器 |
| 4.1 前言 |
| 4.2 器件结构设计及原理 |
| 4.3 模式转换结构参数及仿真 |
| 4.3.1 非对称波导耦合结构仿真 |
| 4.3.2 锥形波导结构仿真 |
| 4.4 调制区域工艺流程 |
| 4.5 器件性能分析 |
| 4.5.1 器件插入损耗和调制深度 |
| 4.5.2 器件的调制带宽 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 一种基于模式转换硅基狭缝波导石墨烯偏振无关电光调制器 |
| 5.1 前言 |
| 5.2 狭缝波导理论 |
| 5.3 器件结构设计及原理 |
| 5.4 模式转换结构参数及仿真 |
| 5.4.1 锥形波导结构仿真 |
| 5.4.2 非对称波导耦合结构仿真 |
| 5.5 器件性能分析 |
| 5.5.1 器件插入损耗及调制深度 |
| 5.5.2 器件调制带宽 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 论文总结 |
| 6.2 前景展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得的成果 |
（4）单晶铌酸锂薄膜调制器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 电光调制器研究现状 |
| 1.3 研究内容 |
| 第二章 调制器的建模仿真 |
| 2.1 铌酸锂晶体 |
| 2.2 光波导学原理 |
| 2.2.1 光分支器基本结构与工作原理 |
| 2.2.2 矩形介质波导 |
| 2.2.3 光波有限元分析法 |
| 2.3 传输线理论 |
| 2.3.1 传输线等效电路 |
| 2.3.2 源与负载匹配工作状态 |
| 2.4 电光调制器的基本理论 |
| 2.4.1 电光调制器工作原理与基本结构 |
| 2.4.2 共面波导 |
| 2.4.3 电光调制器性能的基本参数 |
| 2.4.3.1 功率消耗 |
| 2.4.3.2 调制带宽 |
| 2.4.3.3 半波电压 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 单晶铌酸锂薄膜电光调制器的仿真设计 |
| 3.1 脊形光波导模式的仿真设计 |
| 3.2 脊形光波导色散的仿真设计 |
| 3.3 光分支器的仿真设计 |
| 3.3.1 Y型-分支器的仿真设计 |
| 3.3.2 双圆弧型-分支器的仿真设计 |
| 3.3.3 余弦型-分支器的仿真设计 |
| 3.3.4 上升反正弦型-分支器的仿真设计 |
| 3.4 电光波速匹配与阻抗匹配的仿真设计 |
| 3.5 优化电光波速匹配的仿真设计 |
| 3.6 本章小节 |
| 第四章 光分支器的制备与测试分析 |
| 4.1 光分支器掩模版的设计 |
| 4.2 单晶铌酸锂薄膜电光调制器的制备 |
| 4.3 光分支器的微纳加工与表征 |
| 4.3.1 扫描电子显微镜(SEM) |
| 4.3.2 原子力显微镜(AFM) |
| 4.4 光学测试系统及测试流程 |
| 4.4.1 光学测试系统 |
| 4.4.2 测试流程 |
| 4.5 光分支器性能测试数据分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 全文总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（5）基于光子晶体波状PN结电光调制器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 光子晶体简介 |
| 1.3 光调制器简介及国内外研究现状 |
| 1.3.1 光调制器简介 |
| 1.3.2 硅基脊型波导调制器 |
| 1.3.3 硅基光子晶体线缺陷波导调制器 |
| 1.4 论文的主要内容和章节安排 |
| 第二章 光子晶体调制器的分析方法和基础理论 |
| 2.1 光子晶体数值分析方法 |
| 2.1.1 平面波展开法(PWE) |
| 2.1.2 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.2 掺杂型调制器基础理论 |
| 2.3 调制器调制原理 |
| 2.4 Lumerical仿真软件 |
| 2.4.1 FDTD Solutions |
| 2.4.2 Device |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 基于波状PN结的光子晶体电光调制器的设计 |
| 3.1 光子晶体材料和结构选择 |
| 3.1.1 材料选择 |
| 3.1.2 光子晶体晶格结构选择 |
| 3.2 电学结构设计与性能分析 |
| 3.2.1 基于正向偏置的PIN结电学结构设计与分析 |
| 3.2.2 基于反向偏置的PN结电学结构设计与分析 |
| 3.3 硅基光子晶体电光调制器的光学结构选择 |
| 3.3.1 马赫曾德尔光学结构原理和分析 |
| 3.3.2 微环谐振腔光学结构原理和分析 |
| 3.3.3 光子晶体谐振腔结构原理和分析 |
| 3.4 基于波状PN结的谐振器型电光调制器结构设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于波状PN结的电光调制器的性能优化 |
| 4.1 掺杂型调制器性能指标 |
| 4.2 基于调制速率优化波状PN结参数 |
| 4.2.1 波状PN结波高的优化 |
| 4.2.2 波状PN结周期的优化 |
| 4.3 基于驱动电压优化波状PN结参数 |
| 4.3.1 波状PN结波高的优化 |
| 4.3.2 波状PN结周期的优化 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文工作总结 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 附录2 攻读硕士学位期间撰写的专利 |
| 附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目 |
| 致谢 |
（6）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 |
（7）周期电磁结构波导机理与应用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩略词表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 周期电磁结构波导概述 |
| 1.1.1 周期电磁结构波导简介 |
| 1.1.2 周期电磁结构波导分类 |
| 1.1.3 主要光波导材料平台 |
| 1.2 周期电磁结构器件研究现状 |
| 1.2.1 周期电磁结构光功率分配器 |
| 1.2.2 周期电磁结构偏振控制器 |
| 1.2.3 周期电磁结构波导激光器 |
| 1.3 新型碳系材料研究进展 |
| 1.3.1 金刚石光电材料 |
| 1.3.2 石墨烯光电材料 |
| 1.4 本论文的主要工作和安排 |
| 1.4.1 本文研究意义 |
| 1.4.2 本文研究框架与路线 |
| 1.4.3 本文章节安排 |
| 参考文献 |
| 第二章 周期电磁结构波导基本理论及数值方法 |
| 2.1 周期电磁结构波导中的弗洛奎定理 |
| 2.2 周期电磁结构波导的耦合模理论 |
| 2.2.1 耦合模方程 |
| 2.2.2 相位匹配条件 |
| 2.2.3 耦合模方程的解 |
| 2.3 亚波长周期电磁结构波导特性 |
| 2.3.1 亚波长周期电磁结构波导等效折射率 |
| 2.3.2 亚波长周期电磁结构波导光波特性 |
| 2.4 光波导数值分析方法简介 |
| 2.4.1 时域有限差分法(FDTD) |
| 2.4.2 有限元法(FEM) |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 硅基周期电磁结构光偏振控制器优化设计 |
| 3.1 硅基水平槽式光栅辅助型TM通过/TE功分偏振分束器 |
| 3.1.1 器件结构与工作原理 |
| 3.1.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.1.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 3.2 硅基三波导混合等离子体光栅辅助反向耦合器型起偏器 |
| 3.2.1 器件结构与工作原理 |
| 3.2.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.2.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 3.3 基于交替排列亚波长光栅型起偏器 |
| 3.3.1 器件结构与工作原理 |
| 3.3.2 器件结构参数选择及优化 |
| 3.3.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 碳系材料周期电磁结构光偏振控制器优化设计 |
| 4.1 基于金刚石亚波长光栅定向耦合器型偏振分束器 |
| 4.1.1 器件结构与工作原理 |
| 4.1.2 器件结构参数选择及优化 |
| 4.1.3 传输特性和器件制作容差分析 |
| 4.2 基于石墨烯/SiO_2多层膜超构材料式波导起偏器 |
| 4.2.1 器件结构及工作原理 |
| 4.2.2 器件结构参数选择及传输特性分析 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 基于周期电磁结构的铒镱共掺Al_2O_3波导激光器 |
| 5.1 铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的基本理论和设计 |
| 5.1.1 铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的工作原理 |
| 5.1.2 片上分布式布拉格反射铒镱共掺Al_2O_3波导激光器的设计 |
| 5.2 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的制备 |
| 5.2.1 薄膜主要制备工艺简介 |
| 5.2.2 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的制备 |
| 5.3 铒镱共掺Al_2O_3薄膜的表征 |
| 5.3.1 薄膜样品表面形貌表征 |
| 5.3.2 薄膜样品XRD表征 |
| 5.3.3 薄膜样品拉曼光谱表征 |
| 5.3.4 薄膜样品的光致发光特性研究 |
| 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间完成的学术论文及获得的科研成果 |
| 表格索引 |
| 图形索引 |
（8）基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件的研究进展 |
| 1.1.1 铌酸锂薄膜 |
| 1.1.2 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件研究进展 |
| 1.2 偏振分束器和波导光栅延迟线的研究现状 |
| 1.2.1 偏振分束器 |
| 1.2.2 波导光栅延迟线 |
| 1.3 微波光子滤波器及其发展现状 |
| 1.3.1 可调谐微波光子滤波器 |
| 1.3.2 集成微波光子滤波器 |
| 1.3.3 偏振分束器与光延迟线在微波光子滤波器的中应用 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 集成光波导器件理论基础 |
| 2.1 光波导理论基础 |
| 2.1.1 平板光波导的波动光学理论 |
| 2.1.2 条形光波导的波动光学理论 |
| 2.2 定向耦合器与波导光栅基本原理 |
| 2.2.1 定向耦合器基本原理 |
| 2.2.2 波导光栅基本原理 |
| 2.3 集成光波导器件分析方法 |
| 2.3.1 有效折射率法 |
| 2.3.2 光束传输法 |
| 2.3.3 时域有限差分法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器研究 |
| 3.1 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器工作原理 |
| 3.2 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器优化设计 |
| 3.3 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器性能分析与工艺流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线研究 |
| 4.1 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线工作原理 |
| 4.2 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线优化设计 |
| 4.3 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线性能测试与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于铌酸锂薄膜的偏振分束器和波导光栅可调谐延迟线在微波光子滤波器中的应用 |
| 5.1 微波光子滤波器 |
| 5.1.1 单光源微波光子滤波器 |
| 5.1.2 多光源微波光子滤波器 |
| 5.1.3 微波光子滤波器频谱响应指标 |
| 5.2 基于LNOI偏振分束器与波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器研究 |
| 5.3 基于LNOI波导光栅延迟线的可调谐带通微波光子滤波器研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）基于亚波长光栅的硅基垂直耦合器研究（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 集成光电技术的发展 |
| 1.3 亚波长光栅的发展及现状 |
| 1.4 本文的研究内容与结构安排 |
| 第二章 亚波长光栅的理论分析及仿真计算 |
| 2.1 亚波长光栅理论分析方法和数值仿真算法 |
| 2.1.1 等效介质理论 |
| 2.1.2 严格耦合波理论 |
| 2.1.3 亚波长光栅数值仿真算法 |
| 2.2 维周期性亚波长光栅的基本特性 |
| 2.3 亚波长光栅中的模式理论和耦合模原理 |
| 2.3.1 模式理论 |
| 2.3.2 耦合模原理 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于定向耦合原理的异质集成垂直耦合器设计与分析 |
| 3.1 硅基直波导垂直定向耦合器设计与分析 |
| 3.1.1 基本结构设计 |
| 3.1.2 模式的有效折射率计算 |
| 3.1.3 参数优化及性能分析 |
| 3.2 硅基亚波长光栅垂直定向耦合器设计与分析 |
| 3.2.1 基本结构设计 |
| 3.2.2 模式的有效折射率计算 |
| 3.2.3 参数优化及性能分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 拉锥型异质集成绝热垂直耦合器设计与分析 |
| 4.1 基本结构 |
| 4.2 模式的有效折射率分析 |
| 4.3 垂直耦合器的参数优化和工艺容差分析 |
| 4.4 垂直耦合器性能分析对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 工作总结与展望 |
| 5.1 工作总结 |
| 5.2 未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（10）面向光子射频前端微环电光调制器研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 电光调制器 |
| 1.2.1 铌酸锂电光调制器的技术发展 |
| 1.2.2 铌酸锂晶体薄膜研究进展 |
| 1.3 光波导微环谐振器的研究现状 |
| 1.4 光栅耦合器的研究进展 |
| 1.5 本文内容工作安排 |
| 2 基于FDTD的光栅耦合器的仿真与计算 |
| 2.1 基础电磁场理论分析 |
| 2.2 波导光栅耦合器的数值计算 |
| 2.2.1 时域有限差分法 |
| 2.2.2 本征模展开法 |
| 2.3 基于FDTD的光栅耦合器研究 |
| 2.3.1 均匀光栅耦合器的结构参数 |
| 2.3.2 非均匀光栅耦合结构设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 光波导微环谐振器的结构优化 |
| 3.1 微环谐振器基本特性分析 |
| 3.1.1 微环谐振器谐振条件 |
| 3.1.2 微环谐振器的结构及性能 |
| 3.1.3 耦合模理论 |
| 3.2 非对称极化谐振器 |
| 3.3 高Q值微环谐振器的仿真设计 |
| 3.3.1 耦合区设计 |
| 3.4 微环谐振器总体版图结构 |
| 3.5 本章小节 |
| 4 光子射频前端模块集成 |
| 4.1 介质天线与微环谐振模式匹配研究 |
| 4.2 全介质微波接收增强单元设计 |
| 4.3 光子射频前端接收与测试系统 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
四、FDTD Method in the Analysis of Lithium Niobate Modulator（论文参考文献）
- [1]基于正常色散铌酸锂薄膜光波导的光频率梳研究[D]. 刘宇. 北京交通大学, 2021
- [2]基于微波光子学的微弱微波信号探测性能提升的研究[D]. 贺群淞. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [3]硅基偏振无关电光调制器基础研究[D]. 林瑞. 电子科技大学, 2021(01)
- [4]单晶铌酸锂薄膜调制器研究[D]. 杨小妮. 电子科技大学, 2021(01)
- [5]基于光子晶体波状PN结电光调制器的研究[D]. 闫飞旭. 南京邮电大学, 2020(03)
- [6]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)
- [7]周期电磁结构波导机理与应用研究[D]. 许正英. 东南大学, 2020(02)
- [8]基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用[D]. 公姿苏. 山东大学, 2020(01)
- [9]基于亚波长光栅的硅基垂直耦合器研究[D]. 赵然. 山东大学, 2020(02)
- [10]面向光子射频前端微环电光调制器研究[D]. 陈艺璇. 大连理工大学, 2020(08)