非对称双环_光电子课程设计

课程设计任务书

学生姓名：胡康哲专业班级：电子1103

指导教师：旷海兰工作单位：信息工程学院

题目：非对称双环微环谐振滤波器的滤波特性分析

初始条件：

具有光电子技术的基本理论知识及较强的实践能力；对光纤技术有一定的了解；计算机；beamprop软件或Fullwave软件。

要求完成的主要任务：

1.学习beamprop或Fullwave软件；

2.对非对称双环微环谐振滤波器进行理论学习并分析其滤波特性；

3.用beamprop或Fullwave软件对非对称双环微环谐振滤波器进行仿真；

4.查阅篇参考文献，按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求完成课程设计报告，正文10-15页，用A4纸打印。

时间安排：

1．2014年12月15日布置课程设计任务，完成选题；

2．2014年12月16日至2014年12月19日学习beamprop或Fullwave软件，完成资料查阅，复习与选题内容相关的基本理论知识；

3.2014年12月20日至2014年12月25日对非对称双环微环谐振滤波器进行仿真工作，完成课程设计报告撰写；

4. 2014年12月26日提交课程设计报告，进行课程设计验收和答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要 (3)

1 绪论 (4)

2 双环微环谐振器 (5)

3 软件简介 (6)

4 滤波特性仿真 (7)

4.1 新建一个电路图 (7)

4.2 定义参数和变量 (8)

4.3 滤波器设置 (9)

4.4 完整CAD图 (13)

4.5 折射率分布 (14)

4.6 仿真 (16)

4.7 改变折射率多次仿真 (19)

5 心得体会 (20)

参考文献 (21)

摘要

随着光纤通信技术的发展，基于平面波导的光微环谐振器受到人们的关注和研究，相关技术迅速发展。微环谐振器(简称微环)满足了微型化、集成化、规模化和能够实现多种功能等要求，其微纳米量级的尺寸非常适于大规模单片紧密集成。

Fullwave是一款实用性非常强的光学应用软件，本文包含了Fullwave软件的介绍、谐振滤波器的原理以及其滤波特性仿真。

本课设采用有限差分时域法(FDTD)和时域耦合模理论，系统地分析了双环微环结构谐振滤波器的滤波特性。

关键词：谐振滤波器；Fullwave；滤波特性仿真

1 绪论

光通信是用光作为信息的载体来传递信号。1960年美国科学家梅曼（Maiman）发明了第一台红宝石激光器[1]，2009 年的诺贝尔物理学获得者高琨(Charles K.Kao)和他的同事霍克曼(G.A.Hckman) 于 1966 年提出玻璃纤维可传输光信号，并指出通信光纤的要求是每公里衰减小于 20 分贝(dB)之后[2]，通信领域进入了一个崭新的时代——光纤通信技术时代。

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”。

微环谐振器(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。

由于采用单环光谐振器的光滤波器在通带结构上固有的局限性，人们提出了采用多环串联耦合或并联耦合结构的高级次光谐振器来改善通带结构,相对其它高级次结构，二级微环具有最为简单的调谐要求。本次课设将对双环耦合结构的二级光谐振器（简称双环光微谐振器）的光滤波特性进行分析。首先给出双环光微谐振器的传递函数；在此基础上进行其滤波特性分析，明确环与环间和环与输入输出光引导波导间的光功率耦合大小对滤波特性的影响，清晰通带结构及可控性，比较相对单环谐振滤波器的不同与改进。

本次课设主要研究微环谐振器的基本结构，简要介绍了它的概念和应用，其中重点介绍了它的滤波特性。

2 双环微环谐振器

如图2．1，双环微环谐振器的基本结构

图2.1 双环微环谐振器的基本结构

tl，k1为入射直波导和环的传输系数和耦合系数，t2，k2为两个环之间的传输系数和耦合系数，t3，k3第二个环和出射直波导的传输系数和耦合系数。先看靠近Drop 端的环。

3

2

3

2

1

3

2

31

a

T

a

e

t t

e

t

t

b

j

j

=

-

-

=

-

-

θ

θ

b3与a3间的传输系数定义为T2，再看上面的环，可得Though端的输出。

1

2

1

2

1

11

a

e

T

t

e

T

t

b

j

j

θ

θ

-

-

-

-

=

下面推导双环Drop端的输出，先看靠近入射波导的环。

1

1

1

1

1

2/

1

31

a

K

a

e

T

t

e

k

a

j

k

=

-

=

-

-

θ

θ

再看靠近输出波导的环，可得Drop端的输出。

1

3

2

2/

3

2

1

3

3

2

2/

3

2

61

1

a

e

t t

e

k

k

K

a

e

t t

e

k

k

a

j

j

j

j

θ

θ

θ

θ

-

-

-

-

-

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-

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