【摘 要】
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近年来,随着网络强国战略的不断推进,下一代光通信网络技术正在朝着超高速率、高频谱效率、动态灵活的方向发展。阵列波导光栅（AWG）作为波分复用系统中关键的组网器件,使其具有可调谐、可重构的能力成为国际科研机构和设备制造商在技术研究中的重点需求。铌酸锂薄膜（LNOI）作为新兴的集成光电子材料平台,其优良的电光效应和更高的集成度引起了越来越多的科研人员的关注。基于LNOI平台的可重构AWG波分复用器,能
【基金项目】
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华为技术有限公司校企合作项目:基于LNOI平台的变频AWG技术研究
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近年来,随着网络强国战略的不断推进,下一代光通信网络技术正在朝着超高速率、高频谱效率、动态灵活的方向发展。阵列波导光栅（AWG）作为波分复用系统中关键的组网器件,使其具有可调谐、可重构的能力成为国际科研机构和设备制造商在技术研究中的重点需求。铌酸锂薄膜（LNOI）作为新兴的集成光电子材料平台,其优良的电光效应和更高的集成度引起了越来越多的科研人员的关注。基于LNOI平台的可重构AWG波分复用器,能够实现器件中心波长和通道带宽的动态可灵活重构,满足光通信网络灵活栅格的技术需求。本文基于LNOI平台对AWG波分复用器在中心波长和带宽可重构方面进行研究与设计,本论文的主要研究工作归纳如下:1.首先基于有效折射率法和时域有限差分仿真分析法设计LNOI脊波导单模传输结构。分析了基于LNOI波导的电光效应实现AWG可重构功能的设计方法,提出共面电极式LNOI脊波导的结构方案,并描述基于LNOI波导的AWG工艺可实现流程。介绍了 AWG的主要性能指标及相关计算公式,为后续章节对可重构AWG器件的设计及优化提供了理论基础。2.针对可重构AWG波分复用器的理论模型,本论文提出了 WDM-Phasar和Opti-BPM两款仿真工具联合研究的设计方法,首先得到器件静态特性时的输出光谱以及优化的器件结构参数设计,优化设计出1×48端口的可重构AWG波分复用器。器件在输出波长间隔为100 GHz时,得到主要性能指标参数包括插入损耗为-3.4 dB,3 dB带宽为81 GHz,0.5 dB带宽为37.5 GHz,相邻通道隔离度为20.3 dB,非相邻通道隔离度为31.86 dB,通道非均匀性小于0.5 dB。3.基于对AWG波分复用器的整体设计原理与分析方法,提出了可重构AWG波分复用器的中心波长与带宽调谐的设计方案,得到外加控制电场电压在-13.88V～13.88V的情况下,可重构AWG波分复用器4nm的中心波长移动量。并根据光通信网络带宽资源需求,分别设计“侧三角形”和“侧梯形”的带宽调谐电控区域,优化选取合适的控制电压值,得到可重构AWG波分复用器在200 GHz、400 GHz以及600 GHz波长间隔条件下相应程度的带宽展宽输出光谱,可重构AWG器件通道3 dB带宽可以展宽调谐至静态时的两倍、四倍甚至最高六倍的顶部平坦型输出频谱响应。最后对本文进行了总结,提出了可重构AWG波分复用器在应用中需要进一步解决的问题。
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