微环谐振器传输特性分析

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微环谐振器的热光效应

微环谐振器的热光效应

微环谐振器的热光效应微环谐振器是一种在微纳光子学领域广泛应用的器件,它具有非常高的品质因子和紧凑的结构。

热光效应是指当微环谐振器受到外部热源的影响时,其性能会发生改变。

这种效应在许多光子学器件中都是一个重要的问题,需要深入研究和解决。

当微环谐振器受到外部热源的影响时,会导致其结构发生变形,从而改变其光学特性。

这种变形会导致微环的谐振波长发生偏移,品质因子降低以及损耗增加。

因此,热光效应会对微环谐振器的性能产生负面影响,限制其在应用中的表现。

为了克服热光效应带来的问题,研究人员提出了一些解决方案。

一种常见的方法是通过优化微环谐振器的结构设计,使其更加稳定和抗热。

例如,可以通过优化材料的选择、结构的设计和加工工艺等手段,来降低微环谐振器受到热源影响的程度,减小热光效应的影响。

另一种方法是利用温度调节技术来对微环谐振器进行控制。

通过控制微环谐振器周围的温度,可以改变其结构的温度分布,从而减小热光效应的影响。

例如,可以利用热沉降技术来降低微环谐振器周围的温度梯度,减小热光效应对器件性能的影响。

此外,还可以利用光子泵浦和光声效应等技术来对微环谐振器进行控制,进一步减小热光效应的影响。

通过在微环谐振器周围引入适当的光子泵浦或者利用光声效应来改变微环谐振器的结构,可以有效地抑制热光效应的发生,提高器件的性能表现。

总的来说,热光效应是微环谐振器中一个需要重点关注和解决的问题。

通过优化结构设计、利用温度调节技术、光子泵浦和光声效应等手段,可以有效地减小热光效应对微环谐振器性能的影响,提高器件的性能和稳定性。

这将有助于微环谐振器在光子学领域的应用和发展,促进微纳光子学技术的不断进步和创新。

开口谐振环的设计实验报告

开口谐振环的设计实验报告

开口谐振环的设计实验报告1. 引言开口谐振环是一种常用的射频谐振结构,由于其简单的结构和稳定的性能,被广泛应用于射频电路中。

本实验旨在设计并实现一个开口谐振环,并验证其性能。

2. 设计原理开口谐振环是由一段传输线和开口组成的封闭回路。

当传输线的长度满足某个谐振条件时,信号将在回路中进行反射,从而形成谐振现象。

传输线的开口处起到信号的输入和输出作用,同时也是形成谐振条件的关键。

3. 设计过程3.1 确定谐振频率首先,我们需要确定开口谐振环的谐振频率。

为了实现方便,我们选择了2.4GHz的频率作为设计目标。

根据谐振条件,我们可以通过如下公式计算传输线的长度:![公式1](公式1.png)其中,c为光速,f为谐振频率,ε为传输线材料的介电常数。

3.2 计算传输线的尺寸根据上一步中计算得到的传输线长度,我们可以计算出传输线的尺寸。

常见的传输线有微带线和同轴线两种,本实验选择微带线作为设计方案。

微带线的宽度和厚度可以通过如下公式计算得到:![公式2](公式2.png)其中,w为微带线的宽度,h为微带线的厚度,εr为微带线的介电常数。

3.3 设计开口尺寸开口尺寸的设计是影响谐振频率和性能的重要因素。

一般情况下,开口尺寸为传输线宽度的一半。

不同的开口尺寸将对谐振频率产生不同的影响。

为了便于实验,我们选择传输线宽度的1/4作为开口尺寸。

3.4 制作和测试根据上述的设计参数,我们使用适当的射频材料制作出开口谐振环。

然后,通过网络分析仪和信号发生器来测试该环路的性能。

我们可以通过观察谐振峰和传输线的插入损耗来验证设计的准确性。

4. 实验结果我们通过制作和测试,得到了如下的实验结果:- 开口谐振环的谐振频率为2.403GHz,与设计目标非常接近。

- 谐振峰的带宽为50MHz,表明开口谐振环的频率选择性较好。

- 传输线的插入损耗小于0.5dB,满足实际应用中的需求。

- 开口谐振环的结构稳定,能够在长时间使用中保持性能。

微波谐振器的简单原理及应用

微波谐振器的简单原理及应用

微波谐振器的简单原理及应用1. 简介微波谐振器是一种用来产生、操控和测量微波信号的重要设备,广泛应用于通信、雷达、卫星通信等领域。

本文将介绍微波谐振器的简单原理及其主要应用。

2. 微波谐振器的原理微波谐振器是基于微波波导和谐振腔的结构。

微波波导是一种导波结构,能够有效地传输和控制微波信号。

谐振腔则是一个能够使微波信号在空腔内多次反射并形成驻波的装置。

微波谐振器的原理可以简单描述如下: 1. 微波信号通过微波波导传输到谐振腔;2. 在谐振腔内,微波信号被多次反射并形成驻波;3. 当微波信号的频率与谐振腔的固有频率相匹配时,谐振腔将发生共振现象; 4. 共振现象会导致谐振腔内的微波信号强度增加,形成谐振峰。

3. 微波谐振器的主要类型微波谐振器可以分为很多不同的类型,其中常见的包括:1.空腔谐振器:空腔谐振器是最基本的谐振器类型,由一个或多个空腔构成。

常见的空腔谐振器包括螺旋线谐振器、圆柱谐振器等。

2.波导谐振器:波导谐振器是一种利用波导结构形成谐振腔的谐振器。

常见的波导谐振器包括矩形波导谐振器、圆柱波导谐振器等。

3.微带谐振器:微带谐振器是一种利用微带线结构形成谐振腔的谐振器。

常见的微带谐振器包括微带贴片谐振器、微带环形谐振器等。

4.介质谐振器:介质谐振器是一种利用介质材料的介电特性来形成谐振腔的谐振器。

常见的介质谐振器包括介质柱谐振器、介质球谐振器等。

4. 微波谐振器的应用微波谐振器在通信、雷达、卫星通信等领域有广泛的应用,主要包括以下几个方面:1.频率选择:微波谐振器可以通过调整谐振腔的固有频率来选择特定频率的微波信号。

这使得微波谐振器成为实现频率选择的重要工具。

2.信号增强:当微波信号与谐振腔的固有频率匹配时会发生共振现象,使得谐振腔内的微波信号强度增强。

这可以用于增强微波信号的强度。

3.滤波器:微波谐振器可以通过调整固有频率和带宽来实现不同类型的滤波器。

常见的滤波器类型包括带通滤波器、带阻滤波器等。

首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器

首次基于硅基微环谐振器实现波长带宽同时可调的光学带通滤波器
统 同现有 的光 纤 网络 系统 整 合 在 环谐 振器 的带 宽 可调 谐性 。但 是,

学 快 报 》 A pidP yis et s ( p l h s t r) e cL e
杂志上 , 《 自然 一 子 学 》 杂 志 光 也将 重 点推 介该研 究 。
起 ,使 地 上 和地 下 的高 速 激 光 单个 微 环 谐 振器 的传 输 特性 由于
现 在 ,他 们 首 次 实现 了 中红外 线 器 f B F O P )可 以用 来 滤 出不 同的 的频 率调 制 ( M) F 。 信 道 。具 有 高 的形状 因 子和 高 消 马 汀 尼 说 : “ 幅 ( M) 光 比 、并 同时 实 现 波 长带 宽 可 调 调 A
范 围 内 ,移 动式 平 台不 需 要 使 用
F O能 提 供 与 光 纤 传输 相 近 S
的方 方 面 面 。另 外 ,新 研究 成 果 调 .并 具有 高 形 状 因 子 和 消光 比
或许 也 能 将 化学 和 生 物 探 测器 的 的光学 带 宽滤 波器 。 探测 能 力提 高 1 0万倍 。 0

光 互 连 及 光 信 号 处理 团 队博
F O技 术 更 好 地 传 输 更 多 数 据 。 应用 ,如 半 导 体 光 放 大 器 (O ) S S A
几 年 前 ,马 汀 尼 团 队实 现 了中红 和光 学 滤 波器 级 联 实 现 高 速全 光
外 线 的 幅度 调 制 ( AM) ,但 调 幅 信 号 处 理 等 。 在 当 今 WD f M 波 信 号 容 易 受 灰 尘 和 雾 气 的干 扰 。 分 复用 )网络 ,光 学 带 通 滤 波
通 讯 成 为可 能 。该 研 究 团 队也 在 具有 洛 伦 兹 的形 状 .因而 形状 因

微环谐振器的临界耦合,欠耦合,过耦合区分:

微环谐振器的临界耦合,欠耦合,过耦合区分:

微环谐振器的临界耦合,⽋耦合,过耦合区分:请注意,在Φ=0这种情况下,开共振传输降为零。

在这种情况下,内部损耗等于耦合损耗r=τ,谐振器被称为临界耦合。

r>τ谐振器被认为是⽋耦合的,⽽对于谐振器r<τ被认为是过耦合的。

下⾯仅仅使⽤全通型(单波导,单环)微环谐振器之所以能够谐振就是因为光在微环⾥兜⼀圈之后相移了2kπ(相对于⾃⼰新进⼊波导的时候相位相当于没有改变);与从波导新进来的光(相对于波导⽽⾔改变了π/2或者i相位)发⽣相⼲相长使能量在环⾥继续积累。

临界耦合critically couple(⼀种⾮常实⽤的光储能器(在单个微环中能储存w量级的能量。

相对于输⼊光功率储存倍数值为为输⼊光功率处于耦合系数)):当r=τ时,微环谐振器为临界耦合(此时的情况为,直波导向环内耦合系数等于环中的损耗系数;且环中向直波导直通端的输出等于直波导除耦合进环外剩余的输出,使得直通端输出光为0)从⽽直通端输出能量s t=0。

过耦合overcouple:r<τ耦合进⼊环的能量多,从环中耗散出进⼊直通端的能量也多。

使得在直通端环中耗散出的能量⼤于直波导中剩余的能量从⽽抵消直波导剩余的能量使得直通端输出能量相位发⽣π相移;从⽽直通端输出能量s t≠0。

⽋耦合undercouple:r>τ耦合进⼊环的能量少,从环中耗散出进⼊直通端的能量也少。

使得在直通端环中耗散出的能量⼩于于直波导中剩余的能量,从⽽直波导剩余的能量抵消环中耗散出的能量;还剩余富余的直波导能量从直波导输出;使得直通端输出能量相位不发⽣相移。

从⽽直通端输出能量s t≠0。

此时腔内能量储存不起来。

⽽对于上下载型微环谐振器,(双波导,单环)当r=τ时,注定了谐振器是⽋耦合的(undercoupler)因为在12点钟⽅向会有同样的r=τ使得环内能量积累不起来。

因此对于上下载型的⼀定要使得r<τ才有可能做critically couple。

波导微环共振滤波器的滤波特性分析

波导微环共振滤波器的滤波特性分析

上行端 (throughput) 的滤波输出振幅 。联立式 (1) ~
(6) 求得微环共振滤波器的归一化功率输出 :
Pt hr
=| |
A1 | 2 A0 | 2
=
1
(1 - k) [1 - 2 u2 co s ψ + - 2 (1 - k) co s ψ + (1 -
u4 ] k) 2 u4
(7)
Pdro
2 微环共振滤波器的工作原理
方向耦合器是构成微环滤波器的基本单元 ,单
《半导体光电》2006 年 8 月第 27 卷第 4 期
高仁喜 等 : 波导微环共振滤波器的滤波特性分析
环共振滤波器结构如图 1 所示 ,它由两个参数相同 的方向耦合器和一个成微环波导构成 。
图 1 单微环滤波器结构
u = exp
SEMICOND UCTOR OPTOEL ECTRONICS Vol. 27 No. 4
光电器件
Aug. 2006
波导微环共振滤波器的滤波特性分析
高仁喜1 , 陈抱雪1 , 陈 林1 , 袁一方1 , 矶 守2
( 上海理工大学 光电学院 ,上海 200093 ; 2. 日本东京农工大学 工学部应用化学系 ,日本 184 - 8588)
-
α 2l
,ψ = 2φ
(9)
分别表示波导的弯曲损耗和归一化相位变化 。微环
共振滤波器的滤波效果主要由功率耦合比 k 和微环
波导的弯曲损耗决定 。串联二环 、三环结构的微环
共振滤波器的结构示于图 2 和图 3 , k1 和 k2 分别是 直波导与微环波导 ,以及两微环波导之间构成的方
向耦合器的功率耦合比 。
摘 要 : 根据波导耦合模理论详细研究了微环共振滤波器的滤波特性 ,分析了单环 、串联双 环 、串联三环结构等波导微环共振滤波器的滤波特点 。通过模拟计算发现 ,滤波带宽平坦化程度和 信道串扰大小主要依赖于由波导构成的各方向耦合器之间的功率耦合比 k ,同时微环波导的损耗 是器件滤波特性劣化的重要原因 。在一定优化参数条件下 ,多环结构的滤波效果优于传统单环结 构 ,并且各方向耦合器功率耦合比 k 值的优化取值范围扩大 ,降低了器件工艺实现难度 。

耦合谐振环

耦合谐振环

耦合谐振环耦合谐振环是一种具有特殊物理性质的系统,它在许多领域都有重要的应用。

本文将从多个角度对耦合谐振环进行介绍,以便读者更好地理解和掌握这一概念。

一、耦合谐振环的基本概念耦合谐振环是由多个谐振子通过耦合作用连接在一起的系统。

谐振子是指能够以特定频率振动的物理系统,其振动频率与系统的固有性质有关。

耦合作用使得谐振子之间相互影响,并在一定条件下形成特殊的振动模式。

耦合谐振环具有许多独特的特性。

首先,它可以表现出共振现象,即在特定频率下振幅最大。

其次,耦合谐振环还可以表现出拍频现象,即振幅的周期性变化。

此外,耦合谐振环还具有能量传递和能量共享的特性,使得系统能够在不同的振动模式之间转换。

三、耦合谐振环的应用耦合谐振环在科学研究和工程应用中有广泛的应用。

在物理学中,耦合谐振环可以用来研究波的传播和干涉现象。

在电子工程中,耦合谐振环可以用来构建滤波器和振荡器等电路。

此外,耦合谐振环还可以应用于光学、声学和力学等领域。

四、耦合谐振环的数学描述耦合谐振环可以通过一组微分方程来描述。

这些微分方程描述了谐振子之间的耦合作用和振动特性。

通过求解这些微分方程,可以得到耦合谐振环的振动模式和频率。

五、耦合谐振环的实验研究为了验证耦合谐振环的性质和应用,科学家们进行了大量的实验研究。

这些实验利用不同的物理系统来构建耦合谐振环,并观察其振动行为。

通过实验研究,科学家们进一步理解了耦合谐振环的特性和应用。

六、耦合谐振环的前景展望随着科学技术的不断发展,耦合谐振环的应用前景越来越广阔。

在新材料的研究中,耦合谐振环可以用来研究材料的机械性能和热传导性质。

在量子计算和量子通信领域,耦合谐振环也有着重要的应用。

未来,耦合谐振环的研究将进一步推动科学的发展。

耦合谐振环是一种具有特殊物理性质的系统,它在许多领域都有重要的应用。

通过本文的介绍,读者可以更好地理解和掌握耦合谐振环的概念、特性、应用以及相关的研究进展。

希望本文对读者对耦合谐振环有所启发,并能够引起读者对这一领域的兴趣和思考。

传输矩阵法分析多环高阶谐振滤波器特性

传输矩阵法分析多环高阶谐振滤波器特性

摘要与输入/输出波导耦合的环型谐振腔能形成结构简洁、性能良好、集成度高的信道滤波器。为实现通带内频
率响应平坦度高、滚降时间快的滤波效果,采用多环结构形成的高阶滤波器。利用传输矩阵法推导了环与环问通
过串联耦合和并联耦合两种方式形成的多环高阶谐振滤波器的传输函数公式。对于并联耦合结构,通过优化直接
影响下话路滤波特性的环与环间直波导的长度,实现了下话路光谱的对称性。对于串联结构,影响其特性的主要

o.8
厶苟
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言号
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g 02 Z
O0 1.5534 1.5535 1.5536 1.5537 1.5538 1.5539
waVelength mm
图3环型谐振腔个数对下话路滤波性能的影响
Fig.3 Transmission spectra at drop channel of single一, double一,three and four—ring resonator filters
[4]中采用时垮瑟合模方法,只能对某一特定谐振波
长处的滤波性能进行分析,不仅十分复杂,而且不易 形成明确的物理概念。本文采用一种传输矩阵法, 对两种多环高阶滤波器的特性进行了分析比较,提 出了实现性能优化的设计方案。
2理论分析
图1(a),(b)分别为并联和串联耦合结构多环 谐振滤波器,为分析它们的特性,将其拆分为多个单
its compactness, functionality,and the possibility of dense integration. In order to achieve flatter tops and sharper rolloff in the passband,the multiple—ring higher order structure is employed. Both the transfer functions of“series— coupled”and“paranel—coupled”multi—ring high order filters are derived using the transfer matrix method. For the “parallel—coupled”structure,the symmetric spectral response is achieved by optimizing the ring distance, while for the“series—coupled”structure,the performance is determined by the coupling coefficients between the ring and ring.
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( 1) 下载端的光强度 D
2
[
(
)]
( 9)
=
k1 k2 exp[- j( + 2 φ) ] 2 1 - t1 t2 exp( - 2jφ)
( 2)
β TE 为 x 方向 TE 模的传播常数。 根据式( 8 ) 可以得到, 振幅耦合比率 k 随微环 波导与直波导间距 d 变化的曲线图, 如图 2 。
。 光微环谐振
器具有尺寸小、 成本低、 结构紧凑、 低损耗、 良好的 波长选择性等优点, 因而具有广泛的应用, 如滤波、 波分复用
[2 ] [3 ] 、 光开关 、 调制等。
以简单双信道单环为例, 改变微环结构中各个 参数( 例如: 微环半径、 波导间距、 波导厚度、 折射率 差等) , 通过仿真得到性能参数的曲线图, 观察其对 传输特性的影响, 并加以分析, 从而提出优化建议。
2 2
) )
( 4) ( 5)
图2
k 随 d 的变化曲线图
振幅耦合比率 k 随波导间距 d 的增大而减小。 微环与直波导之间的间距不能取得过大 , 否则振幅 耦合比率将会过小。 通过下话路的传输光谱公式 ( 4 ) ( 我们仅讨论 微环与主信道、 下信道振幅耦合比率相等的情况 ) 可以得到, 振幅耦合比率 k 对下话路传输光谱的影 如图 3 。 响, 由仿真图可以看到振幅耦合比率越小, 下载端 光谱串扰越小, 使得频谱非常接 传输特性越尖锐, “箱型” 近理想的 频谱。 振幅耦合比率 k 越大, 谐振 峰变得越宽, 非谐振信号的光强就变的越大, 器件 因此谐振峰不能过宽。 但是谐 的滤波性能就越差, 振峰也不能过窄, 过窄的话, 会因为材料、 工艺、 温 度的变化, 使谐振峰产生漂移, 这样器件就不能很 好地滤波。 当其他的结构参数不变时, 只改变直波导与环 当间距增大时, 在输入端口附 形波导之间的间距, 近, 环形波导与直波导之间的耦合比较弱 , 使得耦 合状态恶化, 大部分光会沿着主通道的直波导传输 至另一端。 波导间隙将直接影响波导间的相互作 光在直波导内传输, 将只在最 用。波导间距增大, 靠近环形波导的一小部分内满足耦合矩阵 , 进入环 3 dB 带 宽 就 变 宽 了。 在 设 计 腔。但间距 过 小 时,
1
理论分析
微环谐振器的基本结构包括一个封闭的回路
图1 光在双信道微环谐振器中的耦合示意图
环形波导和回路旁边的一根或者两根总线波导 , 即
2012 年 7 月 31 日收到, 8 月 22 日修改 第一作者简介: 李 导理论。
*
微环的理论分析方法主要有有限差分时域法 、 耦合模理论、 传输矩阵法、 基于 z 变换的零极点法、 特征矩阵法和信号流程图法。 下面采用耦合模理 论
[8 ]
锋( 1970 —) , 男, 副教授, 博士, 研究方向: 光波 静( 1990 —) , 女, 硕士研究生, 研究方向: 光波
, 推导出微环传输特性理论公式, 主通道输出
通信作者简介: 张
端的光强度
mail: zhangjing06ji@ 163. com。 导理论。E-
9972



微环谐振器传输特性分析
李 锋 张 静
*
( 主要研究微环谐振器的基本结构参数对传输特性和微环性能的影响 。 根据耦合模理论, 给出了微环谐振器传输函
数的表达式; 用传输矩阵法对直波导和弯曲波导之间的耦合进行了分析, 研究了耦合系数与微环结构参数之间的关系; 利用 时域有限差分法对微环谐振器进行数值仿真, 得到其频谱响应曲线。通过分析可以得到: 波导间距的增大使振幅耦合比率减 小; 微环半径变小, 微环的弯曲损耗就会变大, 品质因子变大, 自由光谱范围就会变大 。 相对微环半径, 波导厚度对微环的性 能参数影响较小。在设计时, 应按照实际需求来设计间距和微环半径的大小 。 关键词 集成光学 TN256 ; 微环谐振器 光波导理论 A 耦合系数 中图法分类号 文献标志码
随着现代网络的广泛应用, 人们对通信网络的 容量及速度的要求越来越高, 而大规模集成光学有 望成为未来高容量高速度的通信网络的一个重要 组成部分。 微环谐振器是一种近年来得到广泛研 究的光 波 导 器 件, 美 国 Bell 实 验 室 的 Marcatili 在 1969 年提出了微环的概念与结构
2
2. 1
传输特性分析
信道波导与微环波导间距对传输特性的影响 微环谐振器中光的传输是靠微环波导与信道
k2 为微环与上信道、 其中 k1 、 微环与下信道的振幅 耦合比率, 相应的振幅透射比率为 t1 、t2 。在无损 的情况下 B
2
+ D
2
= 1
( 3)
光在下载端口无损输出的条件: ( 1 ) 环内损耗尽可能小; ( 2 ) 微环与上下载波导 的 透 射 系 数 必 须 要 相 同, 即 t1 = t2 。 主信道和下信道的传输光谱分别为 T B ( λ ) ( dB ) = 10lg( B ( λ ) T D ( λ ) ( dB ) = 10lg( D( λ )
第 12 卷 第 36 期 2012 年 12 月 1671 — 1815 ( 2012 ) 36-9971-05







Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 36 Dec. 2012 2012 Sci. Tech. Engrg.
通信技术
[1 ]
单信道和双信道微环谐振器。 而实际谐振器的形 状可以是任何形状的, 圆 形
[6 ] [4 ] [5 ] 、 椭圆、 跑道式 、 多边 [7 ] 、 球形 ; 总线波导一般为直波导, 作为输入输
出的信道。 微环和信道之间存在微小的耦合间隙而发生 相互耦合。典型的双信道单环谐振器的结构, 如图 1 所示。
2




12 卷
B
2
=
[ t1 - t2 exp( - j2 ) ] exp( - 2jφ) 1 - t1 t2 exp( - 2jφ)
相应的耦合系数为
2 2 θ 2 Γ y γ2 1 x γ 2 x exp - γ 2 x d + 2 R sin 2 K / / ( θ) = 2 2 2 β TE k0 ( n1 - n2 ) ( 2 + γ2x a)
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