微型环状共振器的设计

课程设计说明书题目：微型环状共振器的设计学生姓名：学院：理学院班级：电科11-2班指导教师：杜云刚2014年7月11日学校代码：10128学号：内蒙古工业大学课程设计（论文）任务书课程名称：光纤通信课程设计学院：理学院班级：电科11-2班学生姓名：__学号：指导教师：杜云刚一、题目微型环状共振器的设计二、目的与意义由于光纤通信的快速发展，带动了被动与主动元件的基础研究。环行光共振器以其构造简单受到重视，环行光共振器是由两相同的波导，将一圆环或碟型共振器夹在中间。若入射光满足共振条件，则此信号将由输入波导耦合进共振器，接着再耦合至输出端。环行光共振器在光纤通信技术中有重要应用。三、要求（包括原始数据、技术参数、设计要求、图纸量、工作量要求等）1.对两光波导的横向耦合进行分析；2.设计微型环状共振器结构，参数包括直线波导、环形波导的折射率、尺寸、间距等；3.分析共振器中电磁波的电场分量、远场等。四、工作内容、进度安排1.准备阶段，文献查阅；（2-3天）2.研究方案设计；（3-5）3.撰写课程设计说明书；（2-3.5天）4.答辩阶段。（0.5-1天）五、主要参考文献[1]原荣编.光纤通信[M].北京：电子工业出版社.2006年9月.[2]刘增基等编.光纤通信[M].西安：西安电子科技大学出版社.2004年9月.[3][4]林世穆，林旭朗.方形共振器應用在光通訊之特性與模擬.臺北科技大學學報，37（1）：277-290[5]宋军.波长选择开关.审核意见系（教研室）主任（签字）指导教师下达时间年月日指导教师签字：_______________摘要由于光纤通信的快速发展，带动了被动与主动元件的基础研究。环行光共振器以其构造简单受到重视，环行光共振器是由两相同的波导，将一圆环或碟型共振器夹在中间。若入射光满足共振条件，则此信号将由输入波导耦合进共振器，接着再耦合至输出端。本文通过使用OptiFDTD软件模拟仿真微型环状共振器观察其功能，以及相关参数的作用。对比分析最终得出相应的结论。关键字：微型环状共振器；OptiFDTD软件；输入光平面；观察点；DFT图。AbstractTherapiddevelopmentofopticalfibercommunicationdrivesthebasicresearchofpassiveandactivecomponents.Circularopticalresonatoristakenseriouslybyitssimplestructure,whichiscomposedoftwosamewaveguide.Andaringordiskresonatoriscaughtinthemiddleofthetwowaveguide.Ifincidentlightmeettheresonancecondition,thesignalwillbemadebycouplingintotheinputwaveguideresonator,thencoupledtotheoutputterminal.Inthispaper,byusingOptiFDTDsoftwaresimulationofmicroringresonatorobserveitsfunctionandtheroleofrelatedparameters.Finally,Compareandanalyzethecorrespondingdatatogetconclusion.Keywords:Themicroringresonator;OptiFDTDsoftware;Theinputlightplane;Observationpoints;DFTfigure.目录第一章绪论.......................................................................................错误!未定义书签。1.1概述.........................................................................................................................11.2微腔共振器的实验进展及其应用.........................................................................11.3微环共振器的工作原理.........................................................................................21.4OptiFDTD软件介绍..............................................................................................2第二章使用OptiFDTD设计微型环状共振器..................................................................32.1设计微环共振器的Layout图................................................................................32.1.1初始化属性参数...........................................................................................32.1.2设计微型环状共振器的Layout图...............................................................32.1.3设置激励的输入光平面................................................................................32.1.4添加观察点...................................................................................................42.2运行该微环共振器.................................................................................................52.3微环共振器的数据结果分析.................................................................................62.3.1观察分析Ey（DFT）图...............................................................................62.3.2对设定的观察点的数据进行采集和分析...................................................62.4改变参数对微环共振器的影响..............................................................................72.4.1不改变两光波导间距再增加一个内微环共振器........................................72.4.2增加半径差而不改变两波导间距........................................................................92.4..3改变两波导的距离保持半径不变..............................................................92.5四种模型对比得出结论.......................................................................................11结论.....................................................................................................................................12参考文献.............................................................................................................................131第一章绪论1.1概述20世纪60年代初期，红宝石激光器、氦氖激光器的出现揭开了光通信发展的序幕【1】。其后，随着激光技术的不断发展，光学同其它学科领域不断渗透和融合，形成了许多新的分支学科或边缘学科。七十年代，在微电子学和激光技术相结合的基础上，集成光学作为一门新的技术应运而生．其主要目的是将传统的大型光学系统小型化直至微型化，但是，此技术并不是简单地将组成光学系统的各个元器件按比例微缩，而常常要在高新物理学知识和制造技术的基础上对这些元器件的结构上进行根本的改变，并最终能获得具有多功能的单片集成光路。随着光纤通信技术的发展，光通信网络需要不断地提高工作性能和降低运营成本，其核心技术在于光波导器件的微型化、集成化和规模化，与此同时未来全光网络迫切需要能够实现多种功能的新型光波导器件，例如能同时实现光学滤波器、延迟线、缓存器和各种全光信号处理的基本单元，通过大规模集成该单元在一个衬底上实现功能强大的光子学“片上系统”。微型环状共振器(简称微环)满足了上述两个要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成，同时能实现包括滤波器、延迟线、缓存器、激光器、路由器、波长复用/解复用器、光开关、调制器、波长转换器、码型转换、逻辑门和传感器等功能单元，功能非常强大，因此微环己成为光纤通信和集成光学领域的研究热点之一。1.2微腔共振器的实验进展及其应用微腔共振器的研究不但从大尺寸(几百微米)向小尺寸(几个微米)发展，而且微腔共振器的形状也不断交化着。在发展过程中经历了微柱、微球和微盘等阶段，现在研究更多的是微环共振器，本论文所侧重研究的也是微环共振器。随着研究的不断进展，微盘共振器也出现了，其制作材料主要为砷化镓（GaAs）【2】。锥形波导和微盘共振器之间光场的传输与耦合情况基本上和上面介绍的关于微球共振器的情况类似。最近研究的热点是微环共振器，同时也是本文探讨的内容。它的加工工艺和上面介绍的微盘共振器的情况类似，但是它的应用更为灵活、便捷，例如它可以与波导相结合构成分插滤被器、光开关等功能元件。这些功能元件在光通信和信息处理等领域有着巨大的市场，所以潜在的市场应用反过来又刺激这方面的实验研究。两种最常见的关于微环共振器与线波导组合，分别可以应用于分插滤波器和光开关。光场在微环共振器中经过不断的反馈振荡，那么微环共振频率处的光场就会相干增强。以上所介绍的都是单环(球、盘)的情况，在实际应用中还有多种结构。比如多个微环共振器进2行一维级联，就可以形成一种新型的光被导，称为耦合谐振光波导(CROW)。【3】1.3微环共振器的工作原理自从1969年Marcatili提出光学微环共振器的结构和概念以来,由于它具有诸多方面的优点如：微环Q值很高,损耗小,