基于反对称布拉格波导光栅的硅光调制器研究

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随着信息时代的到来,人们对于高性能数据传输的需求也与日俱增。光纤通信因其在传输容量和传输速度等方面展现出了优势,从而获得了广泛的应用与研究。而作为光纤通信中信号加载的重要器件,调制器成为了人们主要的研究领域之一。与其它主流的硅光调制器如马赫曾德尔调制器和微环调制器相比,布拉格光栅调制器具有尺寸小,单模谐振等优点,不同信道之间不易串扰。然而,布拉格光栅调制器也存在不足。它存在的反射光会对入射端口其余器件造成不良影响。如果采用隔离器等方法来解决这个问题,这会大幅增加通信系统的成本,提高结构的复杂性。针对布拉格光栅调制器有反射光这一问题,本文主要围绕反对称布拉格波导光栅(Anti-Symmetric Bragg Waveguide Grating,ASBWG)硅光调制器展开研究。光在ASBWG中,横向电场基模(Fundamental Transverse Electric,TE0)和横向电场一阶模(First-Order Transverse Electric,TE1)之间进行模式转换,称为“混合模式谐振”。本文在此基础上提出了两种调制器,分别是直接耦合和边耦合ASBWG调制器。对于直接耦合ASBWG调制器,入射的TE0模式光经过ASBWG后反射为TE1模式,因此反射光能够在单模波导中泄露。对于边耦合ASBWG调制器,主波导中TE0模式的光耦合进入谐振腔波导成为前向传播的TE1模式,然而谐振腔波导中后向传播的TE0模式光因为有效折射率的差异无法耦合回主波导,避免了反射光。对两种调制器进行仿真时,本论文基于耦合模理论,建立了一种能够计算ASBWG调制器动态光电特性的时域动态模型。利用这种模型,论文对调制器的参数进行工作性能的分析。其中边耦合ASBWG调制器工作电压能够达到0.24V、3d B带宽达到39 GHz以上、100 Gb/s时眼图的消光比为3.36 d B,反射光衰减达到了19.3 d B。综上,本论文提出并设计了基于ASBWG的两种调制器,建立了时域动态模型对其性能进行了仿真研究。在保留布拉格光栅调制器优点的同时,减小了反射光,避免了对入射端器件的不良影响。该研究为后续的调制器结构设计提供了良好的理论基础,同时推动了布拉格光栅调制器的实际应用。
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