一、Analysis of Nonlinear Directional Couplers（论文文献综述）
张强[1]（2021）在《面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究》文中进行了进一步梳理集成微波光子学是当前的研究热点,主要研究内容是使用光子集成技术将传统分立光器件构造的微波光子系统集成到光子芯片上。其主要实现的功能包括光域微波、毫米波信号的产生,光域微波光子信号传输、处理以及检测。光子集成技术的使用减小了传统微波光子系统的体积,降低了系统的功耗,提高系统的稳定性与可靠性。目前光子集成材料体系主要有磷化铟（InP）、氮化硅（SiN）和绝缘体上硅（Silicon-On-Insulator,SOI）。相比于InP和SiN,SOI材料体系具有CMOS兼容、高集成度、支持光电单片集成等优点。因此,硅基微波光子集成技术极具发展潜力硅基集成微波光子芯片的主要包含以下器件:硅基激光器、硅基调制器、硅基延时线和锗硅光电探测器等。其最有代表性的应用之一是基于硅基真延时波束成形网络的相控阵雷达。本文将对硅基集成微波光子系统中最重要的两个调控器件——调制器和延时线,进行系统性的理论和实验研究。根据微波光子链路对大动态范围和高链路增益的需求,研究了硅基调制器的非线性产生机理以及光域线性化方法;研制了低损耗高精度的硅基真延时芯片并针对其特点开发了和低侵入式延时状态监控方法。在此基础上完成了基于硅基真延时线的二维相控阵雷达接收机样机研制,并进行了系统测试。围绕以上研究内容,本文完成的工作和创新点包括:1.针对应用最广泛的硅基载流子耗尽型马赫增德尔调制器（Mach-Zehnder Modulator,MZM）,本文首先建立了严格的硅基PN结的电光调制模型,使用该模型对常见的并联和串联硅基MZM进行了详细的非线性理论分析。在此基础上,我们系统性的对这两种高线性硅基调制器的综合性能进行了比较。最后,根据理论分析结果,我们设计了高线性硅基载流子耗尽型调制器并在IMEC进行了流片。2.我们对设计的高线性调制器进行了性能测试。对于硅基并联MZM,我们将两个子MZM偏置点设置在极性相反的两个正交点,通过控制两个子MZM的光功率和RF功率分配比,使两个子MZM产生的三阶非线性相互抵消。经过测试,该器件的工作带宽为40 GHz。在RF输入频率为1/10 GHz时,三阶无杂散范围(the 3rd spurs-free-dynamic-range,SFDR)达到了123/120 dB·Hz6/7。该性能为目前硅基调制器光域线性化的最高水平。对于硅基串联MZM,我们仅需要调控两个子MZM的RF功率分配比即可实现光域线性化。该器件工作带宽达到了55 GHz,在RF输入频率为1/10 GHz时,SFDR达到了109.5/100.5 dB·Hz2/3。3.本文建立了微环调制器（micro-ring modulator,MRM）的非线性理论分析模型,系统性地分析了MRM的调制非线性与品质因子Q以及工作波长之间的关系。理论计算结果表明:通过降低MRM的Q值,同时调控光载波波长,可以实现MRM的线性度提升。实验结果表明,在RF输入信号为1/10 GHz时,Q值为11000的硅基MRM的最优线性度仅为98.5/90.6 dB·Hz2/3,相比之下,Q值为5880的MRM的最佳线性度高达104.3/94.7 dB·Hz2/3。该性能达到了目前硅基MRM光域线性化的最高水平。4.本文首次提出并实验验证了硅基并联MZM可以实现RF信号的光域非线性补偿。在10 GHz的调制频率下,当输入RF信号的三阶载波抑制比(the 3rdcarrier to distortion ratio,CDR)为40/50 dB时,通过调制器的光域非线性补偿,解调后RF信号的CDR提升到了45/72 dB。5.根据总体单位对二维相控阵雷达接收机的指标要求,我们设计并制备了基于光开关路径切换结构的4通道7-bit真延时线,其中最长的通道总延时量为676 ps。该延时线使用展宽硅波导作为延时波导,其插损为0.01 dB/10 ps。另外,其开关消光比为50 dB,功耗约为28 m W。为减小监测单元（硅基定向耦合器+锗硅光电探测器）引入光损耗,我们提出了隔级交替设置监测单元与光衰减器的光开关状态监控方法,并设计了针对性的反馈控制算法。6.针对微波光子二维相控阵雷达集成化的趋势,我们使用上述设计的多通道延时线,设计并研制了一种新型二维相控阵雷达接收机。对于规模为N×N的相控阵天线,传统波束成形网络需要N2种硅基延时线。相比之下,本方法引入了光波分复用技术,仅需要N/2种硅基延时线,从而减小了系统成本。基于该方案,我们研制了首台基于硅基集成真延时线的8?8微波光子相控阵雷达接收机样机,并首次实现了从阵列天线到信号处理的全链路验证。经过系统测试,该样机的工作范围为2-6 GHz,瞬时带宽达到了4GHz,灵敏度为-99 dBm,动态范围达到了50 dB。该工作对今后二维硅基集成微波光子相控阵雷达的设计和实现具有重要参考价值。
申世超[2]（2021）在《基于铌酸锂薄膜波导的片上微结构仿真》文中提出本文对基于铌酸锂薄膜波导的微结构及其功能进行了仿真,包括基于周期极化结构的自发参量下转换过程、电光相位调制器和定向耦合器,主要结果如下:1、自发参量下转换是产生量子光源的重要方式,本文对周期极化铌酸锂波导进行仿真,得出波长为810nm的近红外光的双基模波导尺寸,进而仿真计算出在不同条件下波长为405nm的紫光到波长为810nm的近红外光的自发参量下转换过程的极化周期。最后得到满足条件目前实验条件可制备的极化周期为3.43μm。2、电光相位调制器是集成光学中最基本的元件之一,它具有调节波导中传输光的相位的作用。我们通过仿真得到了波长为810nm的近红外光在双基模波导下的半波电压长度积。对于E00x模式,半波电压长度积可以低至0.8V·cm。3、定向耦合器是集成光学中不可缺少的基本元件,我们分别仿真了耦合区域中波导宽度、刻蚀厚度、侧壁角度以及波导间距对耦合长度的影响。耦合长度会随着波导宽度的增大、刻蚀厚度的增大、侧壁角度的增大、波导间距的增大而增大。在此基础上,我们仿真设计了两种多功能定向耦合器。
吴佳明[3]（2021）在《飞秒激光直写BK7玻璃波导与定向耦合器的制备研究》文中认为随着5G技术的投入使用,通信领域已经成为二十一世纪以来发展最快的行业,集成光学作为研究光通信技术的综合学科一直以来被广泛关注。光波导是集成光学的基础元件之一,它是一种低折射率包裹高折射率核心的结构,利用光学全反射原理使光集中在微米量级的通道中传输。利用光波导这一基础结构,许多集成光子学器件得以实现,例如:分束器、光调制器、光放大器、定向耦合器等等。飞秒激光直写技术是如今制备光波导的主要方式之一,它是通过物镜将激光直接聚焦到体材料表面以下,移动材料下面的位移台使激光在样品内部完成扫描。聚焦的飞秒激光会使材料发生改性,通常产生永久性的折射率变化形成光波导结构。飞秒激光具有超短的脉冲宽度和极高的峰值功率,这种超短的脉冲使激光与材料的相互作用时间变得非常短,降低了热量扩散的效果达到“冷加工”,并且极高的峰值功率使激光在与材料相互作用时发生非线性的多光子吸收,突破衍射极限从而提高空间分辨率,实现对材料的亚微米、微米,甚至纳米级别的局域加工。此外,飞秒激光加工材料的光损伤阈值与材料自身的带隙宽度相关性较小,因此它可以对大部分透明电介质材料进行加工,包括有机聚合物、玻璃、晶体等等。最重要的是飞秒激光可以通过改变激光与材料的相对位置进行三维加工,这对高集成度光子学器件的制造有重要应用价值。玻璃是飞秒激光直写光波导最早尝试并成功的体材料,一直以来都是被广泛关注并研究。本文中使用的材料是BK7玻璃,它是一种软化点低,膨胀系数高,并且在可见光区域和近红外区域有很高透过率的低成本硼硅酸盐玻璃,通常被用来制备光学镜片。有一些研究人员已经通过飞秒激光直写的方法在BK7玻璃中制备出了低损耗波导,并且利用低损耗的光波导实现了三维Y分支结构。拉曼光谱作为一种无损伤的表征技术经常被用来研究飞秒激光辐照区域的改性原因。通常使用单色光对目标区域进行扫描,收集非弹性的散射光来分析原子或分子的振动及转动信息,从光谱上来看,我们对比观察改性区域和体材料未改性区域的拉曼特征峰强度、峰位置、峰宽度等信息来分析改性区域的结构变化。在玻璃材料中,有一些折射率变化的原因已经被发现,包括形成缺陷、键断裂再重组、致密化、离子交换等等,种种原因都是推测,因为其中的非线性相互作用是复杂的,很有可能是多种机制相结合的结果。定向耦合器是一种利用倏逝波耦合原理制备的光子学器件,如今作为基础元件大量应用于量子光学研究中。优良性能的定向耦合器对于结构参数的要求非常精准,因此飞秒激光直写制备定向耦合器是一种非常适合的方法。编写位移台的运行程序可以制备具有不同耦合间隔和相互作用距离的定向耦合器,通过改变两个通道相互作用距离,理论上可以实现任意比例分光效果。本论文的主要工作包括:使用1030 nm和515 nm两种波长的飞秒激光对BK7玻璃进行加工,通过分析高分辨率的微拉曼光谱对改性区域折射率变化的原因进行研究;分析了不同加工参数的飞秒激光对波导性能的影响,并制备出了低损耗的光波导;基于制备的低损耗光波导组成了定向耦合器结构,通过改变相互作用距离得到了不同分光比例的定向耦合器。本论文的主要研究工作及结果总结如下:本论文中使用的材料是BK7玻璃,利用1030nm和515nm两种波长的飞秒激光进行加工。经过1030 nm飞秒激光辐照的BK7样品出现了光波导结构,使用显微拉曼光谱采集系统对改性区域进行扫描,发现低波数特征峰在经过1030 nm飞秒激光辐照的区域有明显增强,说明该区域发生了重结晶现象,并且拉曼光谱的主峰在该区域发生红移,意味着经过飞秒激光辐照的损伤区域发生了膨胀,自聚焦引起的上下两处损伤区域同时膨胀对中间产生了挤压,这使得中间区域发生了致密化,根据弹光效应致密化通常会诱导折射率升高,因此形成了光波导结构。除此之外同样对515 nm飞秒激光辐照的样品进行了研究,发现515 nm飞秒激光会造成更严重的损伤。随后对1030nm飞秒激光加工的波导结构进行参数优化,通过改变脉冲能量和扫描速度研究了这两个实验参数对波导制备的影响,在脉冲能量为395 nJ,扫描速度为0.7 mm/s时制备出了传输损耗为0.96 dB/cm的低损耗光波导。最后基于低损耗光波导制备了定向耦合器,通过改变定向耦合器的相互作用距离实现了不同比例的分光,并将耦合比率随相互作用距离的变化进行拟合,所得到的拟合曲线与理论相吻合。
白冰[4]（2021）在《硅基表面等离激元偏振调控器件研究》文中指出近年来,以硅基光电子技术为代表的片上集成技术越来越受到学术和产业界的关注。尽管硅与包层材料之间的高折射率差显着减小了器件尺寸,但偏振态对硅基光电子器件和回路的性能产生了非常显着的影响。目前,大多数的硅基片上偏振调控器件都是介质波导结构。由于介质材料的双折射效应较弱,器件尺寸往往较大,且结构相对复杂。表面等离激元是一种存在于介质和金属界面的特殊表面波,可以将光场能量很好地限制在界面附近,具有亚波长尺度的光场限制能力。更为重要的是,表面等离激元是横磁模,具有天然的偏振敏感性,为超小型的硅基偏振调控器件的研究提供了全新思路。其与硅基光波导结合可以有效调控波导模式的有效折射率和光场分布,显着增强器件的双折射效应,有望实现超小型、高性能的片上硅基表面等离激元偏振调控器件。本论文围绕片上偏振调控技术,以硅基混合表面等离激元波导为基本结构,研究超小型片上偏振调控器件。通过引入金属结构增加设计自由度,探索硅波导与硅基混合表面等离激元波导光场模式分布的特点。在SOI（Silicon-on-Insulator）材料平台基础上,提出了两种混合表面等离激元波导偏振调控器件,并且探讨了利用偏振转换实现片上光子加法器的可能。本论文的主要创新成果总结如下:1.提出了一种基于中空型硅基混合表面等离激元波导的TM模式片上起偏器。通过优化锥形波导结构,并且利用TM模式的光场限制能力,有效阻断了TE模式的传播。由于硅波导上方的金属条宽度远大于波导宽度,该结构无需金属与波导的精确对准,增大了工艺容差,有效降低了工艺难度。分析结果表明,在整个C波段,器件消光比大于34 d B且插入损耗小于1 d B。当器件长度为4μm时,在1.55μm波长下消光比可达57.7 d B,插入损耗为0.145 d B/μm。2.提出了一种基于弯曲非对称定向耦合的超小型片上偏振旋转分束器。在表面等离激元与弯曲波导结构的共同作用下,交叉偏振耦合系数得到了显着增大。分析结果表明,器件耦合长度仅为5.21μm。通过表面等离激元调控光场分布和波导模式有效折射率,器件TM-TE模式的偏振转化效率可达99.9%。1.55μm波长下,TM模式和TE模式的消光比分别为20.6 d B和32.5 d B。在80 nm带宽范围内,偏振转化效率大于90%,通道串扰小于-19 d B。3.提出了基于硅基表面等离激元加法器的光子神经网络。面向双端口光子卷积神经网络,对其中的矩阵相乘部分进行了理论研究与实验验证,测试结果表明该结构具备10GOPS的光域矩阵乘加计算能力;利用同一波导中TM与TE偏振态良好的正交性以及不同波导之间的偏振交叉耦合,设计了双端口硅基表面等离激元光子加法器,对矩阵相乘部分的输出实现了稳定可靠的光域求和运算。面向多端口光子储备池计算网络,利于多个偏振模式的正交性,设计了多端口硅基表面等离激元光子加法器,对随机投影层的多通道输出实现了求和运算,且器件尺寸相对紧凑。
李国鹏[5]（2021）在《矢网3mm频段扩频组件关键部件研制》文中指出近年来随着军民融合大趋势的深入发展,3mm频段除了在毫米波雷达、电子对抗、精确制导、保密通信等军事国防领域处于各国争抢的制高点,在如毫米安检成像、5G毫米波通信、跑道异物检测、汽车防撞系统等民用领域中也越来越备受关注。支撑各领域蓬勃发展的前提是3mm频段器件的研发与应用,然而3mm频段矢量网络分析仪对毫米波器件开发测量必不可少。因此研制矢网3mm频段扩频组件关键部件,实现老旧型号矢网以低成本实现扩频,使其拥有覆盖3mm波测量能力具有重要工程意义及巨大经济价值。本文主要内容如下所示。首先,根据课题要求本文提出一种单端口固定本振混中频的3mm扩频组件方案,确定了扩频组件的主要技术指标,并分析了该方案的优缺点。本文根据3mm扩频组件方案确定了3个关键部件（上变频链路、本振倍频链路、3mm高方向性定向耦合器）的具体实现方案,并进行了部件链路指标分配。上变频链路中,IF信号（2-12GHz）经过IF放大器放大进入混频器上变频至3mm频段（90-100GHz）,然后滤波后进入RF放大器放大输出。该链路采用两级放大避免了单级高增益自激的风险。本振倍频链路采用信号源产生11GHz的点频信号,通过有源8倍频器倍频至88GHz并滤波,满足了3mm混频器LO输入口的功率要求（+7d Bm）。其次,本文考虑到电路的灵活性,故采用模块化思路研制各有源无源模块。其中有源模块均基于MMIC芯片采用混合集成的电路形式研制,实测各有源模块相关指标,均满足课题指标要求。对于重点无源模块,本文定向耦合器针对3mm频段特性采用了波导多孔定向耦合器形式,实测方向性最高可达35.6d B,部分指标优于中电科41所商用12615A宽带高方向性定向耦合器。基于鳍线结构研制了90-100GHz,87.7-88.3GHz两款滤波器用于上变频、本振倍频链路选频、抑制谐波,实测均满足指标要求。基于对脊鳍线研制的波导-微带过渡结构,实测在85-100 GHz频段内,插入损耗（IL）小于0.75d B,回波损耗（RL）优于10 d B。此外研制的基于TRL校准法的校准件,实测在整个W频段内效果良好,校准后回波损耗优于40d B。最后,在完成各无源有源部件研制的基础上,对3mm扩频组件关键部件整体链路测试。由于实验室缺乏W频段功率计,故采用已定标的W频段检波器,配合矢量网络分析仪、信号源等仪器搭建了3mm频段功率测试系统。实测表明,整体链路在IF输入功率为-25～-20d Bm范围内,RF输出为-0.82～6.3d Bm,链路整体增益大于24d B。综上,矢网3mm频段扩频组件关键部件研制达到了预期设计指标。
李晨蕾[6]（2020）在《硅基片上模场调控器件研究》文中认为随着全球新型冠状病毒肺炎的爆发,人们不得不面临着居家、宵禁、隔离一系列的问题,疫情对整个社会的运转产生了严重的影响。于此同时,人们利用互联网进行线上沟通交流的需求更是越来越多,在线网络课程课以及虚拟会议也正在推动着对互联网数据中心的投资。硅基集成光子芯片由于其低损耗、结构紧凑、CMOS工艺兼容等一系列优势,正作为光通信、光互联的技术支持吸引着越来越多的关注和研究。为了实现更高效快速大容量的硅基集成光子芯片,我们仍需要进一步提升其器件性能、降低波导损耗、进一步扩大光互联的数据传输容量,除了已经成熟的波分复用以外,还可以发展偏振复用、模式复用技术以及混合复用技术;本文首先基于多模复用系统,提出并实现了一系列高性能的片上多通道模式调控器件;然后利用波导的双折射效应,提出并实现了一些高性能偏振调控器件;最后,通过调节波导的结构色散,并利用了铝镓砷材料的非线性特性,设计出了高效的中红外波段光学频率梳,为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。首先,在多模调控方面:我们提出了一种基于双核绝热锥形结构,这一结构利用了超模演化现象,即可以将入射且限制在宽核波导中的高阶超模,经绝热过程逐渐转化为限制在窄核波导中的高阶超模,并通过绝热弯曲波导将其进一步转化为基模输出。利用该结构,首先在50nm的超薄硅波导上实现了三通道的模式复用/解复用器,实现了在宽带1520nm～1585nm的波长范围内,小于-20dB的串扰,降低了附加损耗（小于-0.2dB）;接着,利用类似的双核绝热锥形结构,与高性能的偏振分束器结合,实现了双偏振的十通道模式-偏振混合（解）复用器,由于绝热渐变结构的特性,最终实现了所有TM和TE模式通道在～90nm的宽波段内具有较低的串扰（-15～-25dB）和较低的附加损耗（0.2～1.8dB）,是当时通道数最多的模式复用器;为了进一步减小器件尺寸,增加器件布局的灵活性,本文在十通道模式复用器的基础上,设计了能够支持十通道模式的紧凑型多模弯曲波导,利用欧拉曲线弯曲波导,实现相对较小的等效弯曲半径,实验最终实现了半径仅为40μm的多模弯曲波导,并进行了数据传输实验;最后,为了进一步提高多模片上光互联的灵活性,本文设计了三通道的任意通道上传-下载复用器,利用亚波长光栅波导的色散调控特性,能在总线波导不变的条件下,下载/上传任意模式通道,并实现了在最大60 nm的带宽中三种模式消光比大于15 dB,在最大100 nm的带宽中附加损耗小于0.32 dB。第二,在偏振调控方面:在340nm的SOI平台上,单模波导双折射效应相对较弱,偏振复用器件设计存在困难。我们针对这一问题提出了一系列的解决办法。首先利用一种三波导级联的结构设计了一种偏振分束器,通过精确控制三波导间的间隔来调节两种偏振态的模场重叠因子进而调节耦合强度,使得TM模式能够完全耦合到另一端输出,而TE模式在此耦合长度下产生耦合的强度最小,因此将两个模式分开;接着又设计了一种亚波长光栅波导辅助型非对称定向耦合结构的偏振分束器,利用了亚波长光栅的偏振选择性,增强了波导的双偏振的有效折射率差,进而增强了波导的双折射效应,同时,由于亚波长光栅能够有效增强光场的相互作用,因此有助于增强器件的紧凑型,最终实现了长度仅为2μm的超紧凑型偏振分束器;最后,为了进一步增强器件的性能,提高器件的工艺容差,将亚波长光栅波导与双核绝热锥形结构相结合,以亚波长光栅波导作为桥梁,TE模式根据超模演化理论,首先耦合到亚波长光栅波导中,然后由对称结构耦合到输出波导中进行输出,而TM模式由于强模式失配而不发生耦合现象,并从原来的波导中输出。利用绝热结构实现了超高带宽的低损耗偏振分束器,并得益于级联三波导耦合结构,进一步提高了器件的消光比,在一次刻蚀的简单工艺过程下,该器件实现了测得的TM和TE偏振的附加损耗分别为0.1～0.6dB和0.3～1dB,而测得的消光比分别大于20dB和25dB的带宽约为240nm和220nm,这比以前的结果要高得多。器件的损耗-1dB带宽也高达230nm,这比以前基于340nm SOI波导的PBS大得多。最后,本文利用模式杂化和超模演化提出一种紧凑型偏振分束-旋转器,该器件具有较大的工艺容差,且对TE和TM两种偏振态均可实现在1520～1610nm带宽范围内大于20dB的消光比。第三,利用模场的色散调控,我们基于硅基-铝镓砷平台,通过对光波导结构色散性能的分析,利用材料三阶非线性效应,设计出有一种基于高品质因子微腔的中红外波段光学频率梳,有效解决了由于高折射率差引起的带宽限制问题。同时,得益于铝镓砷超高三阶非线性系数以及高折射率差引起的高模场的限制能力,设计器件能够实现低阈值,高转换效率。为实现片上集成型光学频率梳光源提供了潜在解决方案。最后,对全文的主要工作做出了总结,并对各种硅基片上模场调控工作做出展望。
牛中乾[7]（2020）在《220GHz多电路集成技术》文中进行了进一步梳理随着近年来半导体技术和高精密微机械加工技术的迅猛发展,以及国家对电子产业的大力投入,太赫兹固态电路技术已经逐渐从实验室阶段走向实际应用阶段,单功能电路已经不能满足实际应用系统对体积、重量、功耗的诸多要求,尤其在航空航天等应用领域,对此的限制更是严苛。多电路集成将是未来太赫兹固态电路发展的必然趋势,针对此技术的研究对太赫兹固态系统走向小型化、芯片化、实用化具有着重要深远的意义。本文围绕太赫兹多电路集成技术展开,以高速通信小型化接收机的实现为牵引,对构成太赫兹接收机射频前端的两种有源电路（分谐波混频器和三倍频器）和两种无源电路（分支波导定向耦合器和伪椭圆波导带通滤波器）开展了深入研究,提出了一种新型220GHz多电路集成架构,实现了电路理论和性能的双重突破,基于此电路搭建了太赫兹小型化射频前端,并成功完成了20GHz超宽带实时信号盲检测和12.8Gbps高速通信数据传输实验。本文主要内容包括以下三个方面:（1）太赫兹接收机关键电路技术。接收机的关键电路主要指的是分谐波混频器电路及其本振驱动源电路（倍频器）。分谐波混频器在射频前端系统中实现频率变换的功能,非线性电路的特性使得该电路会直接影响到系统的噪声性能。本文从对肖特基势垒二极管物理机理的研究出发,通过研究肖特基结中载流子运动特性,分析了二极管参数和封装寄生参数对变频损耗性能的影响,并建立了混频二极管的精确电磁模型,实现了一种220GHz低损耗分谐波混频器。倍频技术是固态电子学方法产生太赫兹信号的重要技术手段,三倍频器是组成混频器本振驱动源链路的高效途径。同样的,作为非线性电路,变容二极管是倍频器的核心,本文通过深入的理论研究,分析了变容二极管参数对三倍频器性能的影响,建立了变容二极管倍频性能分析模型,实现了一种110GHz高效三倍频器,作为220GHz分谐波混频器的本振驱动源。（2）太赫兹多电路集成技术。高性能的接收机前端离不开无源电路,本文着重研究了太赫兹分支波导耦合器和伪椭圆波导带通滤波器。多电路集成所面临的最大问题是无法对每个有源电路进行有效的检测,而耦合器的引入解决了这个问题。本文对传统分支波导耦合器的理论进行了深入分析,在传统的奇偶模分析法的基础上,创新性的引入模式匹配法,提出了一种精确高效的耦合器建模方法。与传统方法相比,该方法引入了波导不连续性所带来的影响,避免了传统方法在太赫兹频段使用所带来的巨大误差。在理论创新的基础上,本文还提出了一种新型的耦合器电路,与传统五分支耦合器电路相比,工作带宽相同的条件下,尺寸减小了47%。同时,为了避免双边带传输所带来的干扰,实现单边带通信传输,本文研究了一种太赫兹频段的伪椭圆模波导带通滤波器,该滤波器的30d B矩形系数为0.71,具有良好频率选择性。最终,本文提出了一种多电路集成架构,作为接收机系统前端,可直接实现单边带传输,还可以随时检测混频器本振驱动源的工作状态。该单模块多电路集成前端与传统多模块连接电路相比,体积减小了90%,重量仅为90g,为高速通信系统小型化接收机的实现打下了坚实的基础。（3）太赫兹高速通信小型化接收机实验研究。在相关电路理论的研究取得突破的基础上,本文开展了太赫兹高灵敏度信号探测和高速通信技术研究,构建了220GHz超宽带信号盲检测实验验证系统和高速通信实验验证系统。220GHz信号盲检测系统的可实时检测带宽为20GHz,信号频率分辨率可达1k Hz。220GHz高速通信系统采用了双通道并行传输模式,在模数转换器性能受限的情况下,实现了码速率为12.8Gbps的高速数据传输,并验证了相关高清视频业务。通过本文的研究,研制了太赫兹多电路集成接收机前端,极大的减小了接收机的体积和重量,同时也验证了太赫兹宽带接收机和高速通信系统未来走向实际应用的可行性,为未来地面短距离大容量通信需求和空间通信的应用奠定了重要的理论和技术基础。
公姿苏[8]（2020）在《基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用》文中研究说明在大数据、云计算、物联网、高清视频等新一代信息技术日新月异的今天,“云生活”成为一种新潮的生活方式,庞大的数据吞吐量以及数据传输速率,对未来通信行业提出了更高的要求。集成光子器件得益于尺寸小、耗电少、成本低、集成度高等优势,无论是在通信、传感、计算乃至人工智能方面都有非常广泛的应用。在众多实现集成光子器件的材料中,铌酸锂凭借其良好的电光效应、声光效应、压电效应、双折射特性以及非线性效应,享有“光学硅”的美誉,在集成光子学领域占据着十分重要的地位。铌酸锂薄膜（LNOI）的问世,为铌酸锂行业的发展带来了技术革新,LNOI不但保留了铌酸锂材料的优良特性,而且由于铌酸锂与二氧化硅材料之间具有较高的折射率差（0.7）,使得基于LNOI的光波导器件无论是在器件的性能方面还是在集成度方面都有非常大的提升,因此吸引了大量的研究者。近年来,基于LNOI的光波导器件层出不穷,目前报道的主要有低损耗光波导、电光调制器、声光调制器、谐振腔、光子晶体以及非线性光学器件等。LNOI已经成功实现了与Si、SiN等平台的混合集成,能够综合各种材料的优势于一身。LNOI将来能够在大规模光子集成电路、集成微波光子系统等领域发挥重要作用,成为未来光子集成电路广泛应用的平台指日可待。但是目前LNOI仍然处于快速发展的阶段,要使LNOI成为一个具有吸引力和竞争力的集成光学平台,更多的LNOI光波导器件有待研究,尤其是基于LNOI的偏振控制器件以及光延迟线等方面,目前的研究还有所欠缺。微波光子技术,采用光子技术实现高速微波信号的产生、处理、传输与测量,自提出以来就吸引着大量的光子学以及微波领域的研究者,特别是能够克服传统滤波器电子瓶颈的微波光子滤波器,更是其中的研究热点。集成光子技术的飞速发展,将微波光子滤波器推向了全新的发展高度,不但为微波光子滤波器减小了体积、降低了成本和复杂度,同时还带来了包括带宽、光谱分辨率、噪声性能、可调谐与可重构性方面性能的大幅度提高。此外,单片集成以及混合材料异质集成技术的重大研究进展,有助于实现单片集成的微波光子滤波器。铌酸锂材料卓越的电光效应,使得其在微波光子系统中具有独一无二的优势,因此研究基于LNOI的光波导器件特别是偏振控制器件以及光延迟线,不但能够填补LNOI平台在这一方面的研究空缺,开拓LNOI集成光子平台的发展前景,还能够为未来基于LNOI的高集成度微波光子滤波器以及微波光子系统探索道路,并提供可靠的理论依据与研究基础。本文基于LNOI,提出了定向耦合型的偏振分束器以及波导光栅可调谐光延迟线,并基于上述两种器件提出了一种可调谐陷波微波光子滤波器和一种可调谐的带通微波光子滤波器。本文的主要研究内容及创新点归纳如下:（1）基于LNOI结构,充分利用铌酸锂材料自身的双折射特性,提出一种结构紧凑的定向耦合型偏振分束器。从LNOI条形波导的有效折射率分析入手,对器件进行了理论分析和建模仿真,以器件长度和消光比作为优化器件性能的评价指标,实现器件最优化设计。数值结果表明,当TE（TM）模式输入时,偏振分束器的消光比能够达到38 dB（38.8 dB）,工作带宽135 nm（50 nm）,对波导宽度的工艺容差>100 nm（40.5 nm）,对铌酸锂薄膜厚度的工艺容差约为160 nm。（2）基于LNOI结构,提出一种波导光栅可调谐延迟线,该延迟线由均匀波导布拉格光栅与分布于光栅两侧的电极阵列组成,利用铌酸锂良好的电光效应,突破了光栅延迟线的传统工作模式,通过改变外加电压的施加位置即可实现时延的主动式可调谐,通过不同的外加电压即可实现延迟线的灵活可重构。经过数值仿真与分析,光栅的最大时延可达为310 ps,可调谐范围达300 ps,调谐精度10ps,中心反射波长的调谐范围为1.66nm。（3）针对单光源微波光子滤波器偏振敏感问题提出一种基于LNOI偏振分束器和波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器,并且进行了建模仿真与实验验证,仿真（实验）结果表明,滤波器的陷波深度能够达到48.72 dB（22.54 dB）,同时测试了滤波器对干扰信号的抑制作用以及中心频率调谐性能,其中心频率调谐范围约为1.57 GHz。该滤波器具有结构简单、功耗低、响应速度快等优点。（4）基于LNOI波导光栅延迟线提出一种可调谐的带通微波光子滤波器,利用阵列波导光栅（AWG）对宽谱光源进行切割实现多抽头微波光子滤波器,采用相位调制转强度调制实现带通滤波,由于波导光栅可调谐延迟线的低功耗、多波长主动调谐的优势,只需改变延迟线的加电电压以及加电位置即可实现滤波器通带的灵活调谐。
郑爽[9]（2020）在《光场物理维度调控的光子集成器件研究》文中认为光场具有多个物理维度资源,包括光的波长/频率、幅度、相位、偏振、时间以及空间结构等,已经广泛应用于与光相关的各个领域。其中,在光通信领域,为进一步提升光通信系统的通信容量,与光波长维度相关的波分复用技术已被广泛使用,与空间结构相关的空分/模分复用技术也被视为一种极有前景的解决方案。传统用来操控光场的光学器件大多存在功能单一、集成度不高、可重构和可调谐性不足等缺点,不利于光通信系统中的灵活管理。相比之下,近年来,新兴的硅基光子集成技术快速发展,以其与CMOS兼容、高集成度等突出优点引起了广泛关注,为光与电的真正融合提供了新的平台和契机,大大促进了光电子集成技术的发展。本文主要研究利用光子集成器件对光波长、常规波导模式和结构光场等维度的调控,具体内容如下:（1）理论和实验研究了硅基光子集成器件对波长/频率维度的调控。（1）理论和实验研究了基于法布里-珀罗（Fabry–Pérot,FP）谐振腔的可调谐梳状滤波器,其中通过调控萨格纳克（Sagnac）环的反射和透射系数,实现对滤波器波长和带宽的调控。（2）通过控制微环谐振腔与FP腔之间的耦合状态,理论和实验实现了片上法诺（Fano）共振和电磁诱导透明（Electromagnetically Induced Transparency,EIT）谱型。（3）实验制备了多功能处理器,通过集成两个16通道阵列波导光栅和16个可全场调控的马赫-曾德尔干涉仪结构（Mach-Zehnder Interferometer,MZI）,成功实现了间隔可调的可编程滤波器和16通道的可重构上传下载功能,并基于该器件演示了高速信号的传输实验验证。（4）通过借鉴传统电子FPGA（Field Programmable Gate Array）的概念,设计并制备了光“FPGA”结构,实验验证了该器件的可编程能力,包括构建各种滤波器、延时线和光开关等。（2）理论和实验研究了硅基集成器件对常规波导模式的调控。（1）研制了基于微环谐振腔辅助的高阶模式复用器。（2）将Fano共振的概念引入到模式领域,提出了多模Fano共振,理论和实验实现了两模式的Fano共振,并将该器件应用于低功耗的模式光交换。（3）实验制备了片上中红外波段的4模式（解）复用器,并进行了片上模分复用高速通信实验。（3）理论和实验研究了有源和无源集成器件对结构光场的调控。（1）基于简洁的环形光栅结构,理论和实验研究了高阶涡旋光的检测。（2）通过特殊设计凹槽波导结构,理论提出并仿真验证了基于平面硅基波导的涡旋光产生器和复用器。（3）理论和实验研究了高速直调的集成矢量光激光器。基于有源的微环谐振腔结构,通过设计微环腔顶部和侧壁的二阶光栅结构实现了高边模抑制比的单模激射,该激射模式为矢量结构光场。此外,制备的直调激光器速率可达20 Gbits/s,并应用于2 km光纤矢量本征模传输实验。同时,提出了同心环谐振腔结构,可应用于矢量模式高速复用通信。（4）基于硅基光子集成平台,设计制备了多维度光发射阵列,实现对光场空间幅度、相位、偏振三个维度的动态独立调控。制备了4×4光发射阵列,通过对超过70个电极控制单元的调控,实验测得了各种复杂光场的产生结果,包括±1和±2阶涡旋光、高阶邦加球上8种矢量光场以及更为复杂的矢量涡旋光。
芦启超[10]（2020）在《硅基微纳集成光子器件的反向设计》文中指出硅基微纳集成光子器件以其在集成光路（PIC）中表现出的高速率、低功耗、小体积、易集成等突出优势,被认为是突破超大容量、超高速数据传输和处理瓶颈的最理想技术之一,近年来受到了学术界和工业界的广泛关注。由于硅基微纳集成光子器件与金属氧化物半导体（CMOS）制备工艺的良好兼容性,随着近年来加工技术的进步,目前已可实现多种类型的硅基亚波长尺寸光子学器件。然而传统的硅基微纳集成器件的设计理念是根据电磁解析理论得到初始结构,再进行复杂的优化工作,导致器件的尺寸较大、功能单一,难以实现高集成度、功能复杂的硅基微纳集成光子器件,进而限制了硅基微纳集成光子器件的发展。近年来提出的反向设计思想为提高硅基微纳集成光子器件的集成度提供了一条有效途径。反向设计是一种算法优化和电磁计算的有效结合,该方法会根据设计者赋予的目标性能在无限的结构参数空间内寻找最佳的器件结构。理论上,任意尺寸和形状的器件都可以通过反向设计的方法来实现,使得在更小的尺寸下实现更复杂的功能成为可能。本文面向小尺寸、高集成度硅基无源器件的发展需求,通过对反向设计算法的优化,设计出了偏振分束器、光二极管、全光逻辑门和逻辑单元等若干新型无源硅基微纳集成器件,并利用数值仿真详细分析了其工作原理和主要性能。主要研究成果如下:（1）利用粒子群优化算法设计出了尺寸仅为2×2=4 μm2的硅基偏振分束器。仿真结果显示,在1550nm处,器件TE和TM波的消光比分别为12.1 dB和13.1 dB;在1528-1567 nm范围内,器件对于两种模式的光传输效率均能达到40%以上且消光比均大于10dB。此外,器件对设计中像素点大小、输入波导宽度的变化均具有较强的容忍性,显着降低了器件制备的工艺要求（2）利用粒子群优化算法设计得到了基于模式转换的硅基光二极管。器件尺寸仅为2×2=4μm2,能将从左侧传输来的TE00模式光转换为TE01模式传输到右侧,同时禁止右侧传输来的TE00模式光向左侧传输。数值计算结果表明,器件工作波长范围为1500-1600nm,在1550 nm处的正、反向消光比约为15 dB。进一步对波导模式分析,可以得到输入波导宽度在580-680nm范围内且厚度小于210nm,是实现基于TE00到TE01模式转换的光二极管的最佳条件,同时证明了光二极管在其他模式转换条件下实现的可能性。（3）反向设计得到了多种全光逻辑器件。利用单目标粒子群优化算法设计出尺寸为1.2×1.2 μm2的全光非（NOT）逻辑门,器件的消光比为9 dB且响应时间小于0.2 ps;为实现更多状态的逻辑门器件,提出了基于多目标粒子群优化算法的反向设计方法,分别实现了尺寸为1.2×1.2 μm2的全光与（AND）、非（NOT）及异或（XOR）等逻辑门器件,为全光逻辑器件设计提供了一条通用途径。（4）提出了模块化反向设计方法,设计出了全光半加器单元。首先根据半加器功能将该单元解构成五个模块:两个分束器（Beam splitter）,一个换路器（Hub）,一个异或（XOR）门以及一个与（AND）门,然后多目标粒子群优化算法在大小同为2×2μm2的功能区域内设计得到上述功能模块,最后将模块级联组装成全光半加器单元。该单元总体尺寸小于10 × 5μm2,仿真结果显示,该单元输出端和（Sum）和进位（Carry）标志位的消光比分别可以达到7 dB和15 dB,且整体运行速度大于1.4 THz。
二、Analysis of Nonlinear Directional Couplers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Analysis of Nonlinear Directional Couplers（论文提纲范文）
（1）面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 微波光子学简介 |
| 1.3 集成微波光子学发展趋势 |
| 1.4 硅基集成微波光子器件及系统研究进展 |
| 1.4.1 硅基集成微波光子调控器件研究进展 |
| 1.4.2 硅基集成微波光子真延时线的系统应用研究进展 |
| 1.5 本论文工作的主要内容 |
| 2 硅基调制器的调制非线性建模仿真 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 硅基PN结电光响应非线性建模仿真 |
| 2.2.1 载流子耗尽型调制器工作原理 |
| 2.2.2 硅基PN结电光响应的TCAD仿真 |
| 2.3 载流子耗尽型调制器非线性建模仿真 |
| 2.3.1 硅基Single-MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.2 硅基Dual-parallel MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.3 硅基Dual-series MZM非线性仿真分析 |
| 2.3.4 硅基Dual-parallel MZM与Dual-series MZM的性能比较 |
| 2.4 硅基MRM调制器非线性建模仿真 |
| 2.4.1 硅基MRM非线性模型仿真分析 |
| 2.5 流片工艺及器件设计 |
| 2.6 小结 |
| 3 高线性硅基调制器的测试与分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硅基Single-MZM器件性能测试 |
| 3.3 硅基Dual-parallel MZM器件性能测试 |
| 3.4 硅基Dual-series MZM器件性能测试 |
| 3.5 硅基MRM器件性能测试 |
| 3.6 基于硅基Dual-parallel MZM的光域非线性补偿 |
| 3.7 小结 |
| 4 硅基片上集成延时线 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 延时线总体结构设计 |
| 4.3 延时线组成单元器件设计 |
| 4.3.1 硅基延时波导 |
| 4.3.2 硅基2×2 光开关 |
| 4.3.3 硅基定向耦合器 |
| 4.3.4 PIN可变光衰减器 |
| 4.3.5 锗硅光电探测器 |
| 4.4 芯片加工工艺及版图设计 |
| 4.5 器件性能测试 |
| 4.5.1 光栅耦合器性能测试 |
| 4.5.2 硅基2×2光开关性能测试 |
| 4.5.3 硅基定向耦合器性能测试 |
| 4.5.4 PIN可变光衰减器性能测试 |
| 4.5.5 锗硅光电探测器性能测试 |
| 4.6 芯片封装设计 |
| 4.7 延时线测试与结果分析 |
| 4.8 小结 |
| 5 基于硅基集成波束成形网络的二维相控阵接收机 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 相控阵雷达工作原理 |
| 5.3 微波光子相控阵雷达研究现状 |
| 5.4 硅基二维波束成形网络结构设计与分析 |
| 5.5 系统架构设计与测试 |
| 5.5.1 8×8二维相控阵雷达接收机系统性能指标与设计参数 |
| 5.5.2 8×8二维相控阵雷达接收机样机搭建与测试流程 |
| 5.5.3 方向图与系统性能的测试与分析 |
| 5.6 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 工作中的不足与展望 |
| 参考文献 |
| 作者攻读博士期间研究成果 |
（2）基于铌酸锂薄膜波导的片上微结构仿真（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 铌酸锂薄膜波导的研究现状 |
| 1.2 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 基本理论 |
| 2.1 铌酸锂晶体的结构与性质 |
| 2.2 非线性光学性质 |
| 2.3 光波导理论 |
| 第三章 周期极化铌酸锂波导 |
| 3.1 背景介绍 |
| 3.2 理论知识 |
| 3.3 器件仿真 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 低功耗电光相位调制器 |
| 4.1 背景介绍 |
| 4.2 理论知识 |
| 4.3 器件仿真 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 多功能定向耦合器 |
| 5.1 背景介绍 |
| 5.2 理论知识 |
| 5.3 器件仿真 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（3）飞秒激光直写BK7玻璃波导与定向耦合器的制备研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 参考文献 |
| 第二章 基本理论及实验方法 |
| 2.1 飞秒激光直写技术 |
| 2.2 光波导表征技术 |
| 2.3 定向耦合器原理介绍 |
| 参考文献 |
| 第三章 实验结果与分析 |
| 3.1 1030nm和515nm飞秒激光对BK7玻璃改性的拉曼光谱分析 |
| 3.1.1 飞秒激光加工的实验步骤 |
| 3.1.2 两种波长飞秒激光加工BK7玻璃的实验结果对比与分析 |
| 3.1.3 本节工作总结 |
| 3.2 1030 nm飞秒激光直写低损耗BK7光波导 |
| 3.2.1 飞秒激光直写BK7玻璃光波导的实验步骤 |
| 3.2.2 脉冲能量与扫描速度对光波导制备的影响 |
| 3.2.3 本节工作总结 |
| 3.3 定向耦合器的制备研究 |
| 3.3.1 定向耦合器制备的实验步骤 |
| 3.3.2 实验结果与分析 |
| 3.3.3 本节工作总结 |
| 参考文献 |
| 第四章 总结与展望 |
| 4.1 工作总结 |
| 4.2 主要创新点 |
| 4.3 未来工作展望 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（4）硅基表面等离激元偏振调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 硅基光互连中的偏振调控 |
| 1.1.1 硅基光互连技术 |
| 1.1.2 硅基光互连回路对偏振调控的需求 |
| 1.2 偏振调控器件国内外研究进展 |
| 1.2.1 起偏器 |
| 1.2.2 偏振分束器 |
| 1.2.3 偏振旋转器 |
| 1.2.4 偏振旋转分束器 |
| 1.2.5 小结 |
| 1.3 表面等离激元应用于偏振调控 |
| 1.3.1 光电子回路对表面等离激元的需求 |
| 1.3.2 表面等离激元波导结构 |
| 1.3.3 表面等离激元偏振调控器件优势分析 |
| 1.4 论文研究概述 |
| 1.4.1 研究内容和研究目标 |
| 1.4.2 论文结构安排 |
| 1.4.3 创新点 |
| 2 表面等离激元基础理论 |
| 2.1 金属的光学性质 |
| 2.2 单层界面表面等离激元 |
| 2.2.1 表面等离激元电磁场分布 |
| 2.2.2 表面等离激元色散特性 |
| 2.2.3 表面等离激元特征尺寸 |
| 2.3 硅基混合表面等离激元波导 |
| 2.3.1 硅基混合面表面等离激元的色散特性 |
| 2.3.2 硅基表面等离激元波导的偏振敏感性 |
| 2.4 数值仿真方法 |
| 2.4.1 时域有限差分法 |
| 2.4.2 有限元法 |
| 2.5 小结 |
| 3 硅基表面等离激元起偏器 |
| 3.1 片上起偏器分类 |
| 3.2 器件设计方案 |
| 3.2.1 起偏器结构 |
| 3.2.2 器件工作原理 |
| 3.2.3 性能分析 |
| 3.2.4 工艺容差分析 |
| 3.3 小结 |
| 4 硅基表面等离激元偏振旋转分束器 |
| 4.1 偏振旋转分束器分类 |
| 4.2 偏振旋转分束器设计原理 |
| 4.2.1 定向耦合偏振分束原理 |
| 4.2.2 偏振交叉耦合原理 |
| 4.3 偏振旋转分束器设计方案 |
| 4.3.1 偏振旋转分束器结构 |
| 4.3.2 器件工作原理 |
| 4.3.3 性能分析 |
| 4.3.4 工艺容差分析 |
| 4.4 小结 |
| 5 基于硅基表面等离激元加法器的光子神经网络 |
| 5.1 光子神经网络对加法器的需求 |
| 5.2 光子神经网络加法器设计原理 |
| 5.2.1 干涉原理 |
| 5.2.2 模式正交性 |
| 5.3 双端口光子卷积神经网络 |
| 5.3.1 光子卷积神经网络 |
| 5.3.2 光域矩阵相乘 |
| 5.3.3 双端口硅基表面等离激元光子加法器 |
| 5.4 多端口光子储备池计算网络 |
| 5.4.1 光子储备池计算网络 |
| 5.4.2 多端口硅基表面等离激元光子加法器 |
| 5.5 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 本论文研究成果 |
| 6.2 下一步拟开展的工作 |
| 参考文献 |
| 附录 A |
| 附录 B |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（5）矢网3mm频段扩频组件关键部件研制（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 毫米波矢量网络分析仪国内外发展现状 |
| 1.2.2 毫米波变频组件国内外发展现状 |
| 1.3 本文的主要工作内容 |
| 1.4 论文的结构安排 |
| 第二章 关键部件理论及3mm扩频组件设计方案 |
| 2.1 混频器理论 |
| 2.1.1 混频器分类 |
| 2.1.2 混频器主要技术指标 |
| 2.2 倍频器理论 |
| 2.3 3mm扩频组件整体方案设计 |
| 2.4 关键部件实现方案及指标分配 |
| 2.5 扩频组件关键部件链路仿真 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 3mm频段扩频组件无源电路研制 |
| 3.1 波导多孔定向耦合器研制 |
| 3.1.1 定向耦合器简述 |
| 3.1.2 多孔耦合器理论 |
| 3.1.3 3mm波导多孔耦合器仿真设计 |
| 3.1.4 3mm波导多孔耦合器装配及测试 |
| 3.2 3mm频段带通滤波器研制 |
| 3.2.1 滤波器简述 |
| 3.2.2 鳍线带通滤波器理论 |
| 3.2.3 3mm频段改进型鳍线带通滤波器仿真设计 |
| 3.2.4 3mm频段改进型鳍线带通滤波器装配及测试 |
| 3.3 波导-微带过渡结构研制 |
| 3.3.1 波导-探针-微带过渡 |
| 3.3.2 波导-鳍线-微带过渡理论 |
| 3.3.3 波导-对脊鳍线-微带过渡仿真设计 |
| 3.3.4 波导-对脊鳍线-微带过渡装配及测试 |
| 3.4 3mm频段校准件研制 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 3mm频段扩频组件有源固态电路模块研制 |
| 4.1 8 倍频器模块 |
| 4.1.1 芯片选型 |
| 4.1.2 腔体仿真 |
| 4.1.3 模块装配及测试 |
| 4.2 混频器模块 |
| 4.2.1 芯片选型 |
| 4.2.2 腔体仿真 |
| 4.2.3 模块装配及测试 |
| 4.3 IF放大模块 |
| 4.3.1 芯片选型 |
| 4.3.2 稳定性验证 |
| 4.3.3 偏置电路设计及装配测试 |
| 4.4 RF放大模块 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 3mm频段扩频组件关键部件测试 |
| 5.1 测试方案及步骤 |
| 5.1.1 测试方案 |
| 5.1.2 测试步骤 |
| 5.2 测试结果及分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文工作总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（6）硅基片上模场调控器件研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 缩写和符号清单 |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 硅基集成光电子器件概述 |
| 1.3 硅基片上模场调控的研究 |
| 1.3.1 多模光子器件 |
| 1.3.2 偏振调控器件 |
| 1.3.3 片上混合复用技术 |
| 1.3.4 色散调控—片上光频梳 |
| 1.4 亚波长光子学器件的研究 |
| 1.5 本文工作及创新点 |
| 1.5.1 章节安排 |
| 1.5.2 本文创新点 |
| 2 硅基集成光电子器件的理论,制备及测试方法 |
| 2.1 硅基集成光波导理论 |
| 2.2 硅纳米线波导的基本特征 |
| 2.2.1 波导偏振色散 |
| 2.2.2 波导模式色散 |
| 2.2.3 波导结构色散和材料色散 |
| 2.2.4 克尔光频梳中的色散问题 |
| 2.3 工艺制备方法 |
| 2.4 器件的测试 |
| 3 硅基集成模式调控器件 |
| 3.1 基于超薄硅的低损耗低串扰模式复用解复用器 |
| 3.1.1 结构和设计 |
| 3.1.2 实验以及测试结果 |
| 3.2 十通道双偏振的模式复用解复用器 |
| 3.2.1 结构和设计 |
| 3.2.2 实验与测试结果 |
| 3.3 紧凑型十模式多模弯曲波导 |
| 3.3.1 结构与设计 |
| 3.3.2 实验与测试结果 |
| 3.4 多模任意通道光插分复用器 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 硅基集成偏振调控器件 |
| 4.1 基于三波导非对称耦合器的偏振分束器 |
| 4.1.1 结构和设计 |
| 4.1.2 实验与测试结果 |
| 4.2 基于亚波长光栅波导非对称定向耦合的紧凑型偏振分束器 |
| 4.2.1 结构和设计 |
| 4.2.2 实验与测试结果 |
| 4.3 基于亚波长光栅波导的超宽带偏振分束器 |
| 4.3.1 结构和设计 |
| 4.3.2 实验与测试结果 |
| 4.4 硅基低串扰宽带偏振旋转分束器 |
| 4.4.1 结构与设计 |
| 4.4.2 实验与测试结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 基于徽环谐振腔的中红外的光学频率梳 |
| 5.1 铝镓砷纳米线波导 |
| 5.2 波导结构参数选择 |
| 5.3 谐振腔设计 |
| 5.4 光频梳的仿真结果 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（7）220GHz多电路集成技术（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及选题意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 选题意义 |
| 1.2 太赫兹电路技术发展动态 |
| 1.2.1 单功能电路技术发展动态 |
| 1.2.2 多电路集成技术发展动态 |
| 1.3 太赫兹高速通信技术发展动态 |
| 1.3.1 光电结合高速通信技术发展动态 |
| 1.3.2 全固态电子学高速通信技术发展动态 |
| 1.4 论文研究内容及章节安排 |
| 第二章 太赫兹接收机关键电路技术 |
| 2.1 太赫兹肖特基势垒二极管基本原理 |
| 2.1.1 肖特基接触的物理机理 |
| 2.1.2 肖特基结特性 |
| 2.2 太赫兹低损耗分谐波混频器研究 |
| 2.2.1 混频二极管主要参数分析 |
| 2.2.2 混频二极管三维电磁精确建模 |
| 2.2.3 分布式电路优化方法 |
| 2.2.4 低损耗分谐波混频器电路优化 |
| 2.2.5 分谐波混频器容差分析 |
| 2.2.6 分谐波混频器实验研究 |
| 2.3 太赫兹高效本振源研究 |
| 2.3.1 变容二极管主要参数分析 |
| 2.3.2 变容二极管三维电磁精确建模 |
| 2.3.3 分布式电路优化方法 |
| 2.3.4 高效倍频器电路优化 |
| 2.3.5 倍频器容差分析 |
| 2.3.6 倍频器实验研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 220GHz多电路集成技术 |
| 3.1 太赫兹分支波导定向耦合器研究 |
| 3.1.1 分支波导定向耦合器基本理论 |
| 3.1.2 基于模式匹配法(MMM)的新型耦合器精确建模方法 |
| 3.1.3 改进型小型化耦合器电路研究 |
| 3.2 太赫兹腔体滤波器研究 |
| 3.2.1 矩形波导谐振腔耦合理论 |
| 3.2.2 伪椭圆函数波导带通滤波器研究 |
| 3.3 2 20GHz多电路集成前端研究 |
| 3.3.1 多电路集成架构 |
| 3.3.2 2 20GHz多电路集成前端优化 |
| 3.3.3 2 20GHz多电路集成前端实验研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 太赫兹高速通信小型化接收机技术 |
| 4.1 2 20GHz超宽带信号盲检测实验验证系统 |
| 4.1.1 系统框架 |
| 4.1.2 关键部件性能分析 |
| 4.1.3 信号盲检测实验 |
| 4.1.4 实验结果讨论 |
| 4.2 2 20GHz双通道高速通信实验验证系统 |
| 4.2.1 系统组成 |
| 4.2.2 关键部件性能分析 |
| 4.2.3 数据传输实验 |
| 4.2.4 实验结果讨论 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 论文研究工作总结 |
| 5.2 论文的主要创新点 |
| 5.3 未来研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的成果 |
（8）基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件的研究进展 |
| 1.1.1 铌酸锂薄膜 |
| 1.1.2 基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件研究进展 |
| 1.2 偏振分束器和波导光栅延迟线的研究现状 |
| 1.2.1 偏振分束器 |
| 1.2.2 波导光栅延迟线 |
| 1.3 微波光子滤波器及其发展现状 |
| 1.3.1 可调谐微波光子滤波器 |
| 1.3.2 集成微波光子滤波器 |
| 1.3.3 偏振分束器与光延迟线在微波光子滤波器的中应用 |
| 1.4 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 集成光波导器件理论基础 |
| 2.1 光波导理论基础 |
| 2.1.1 平板光波导的波动光学理论 |
| 2.1.2 条形光波导的波动光学理论 |
| 2.2 定向耦合器与波导光栅基本原理 |
| 2.2.1 定向耦合器基本原理 |
| 2.2.2 波导光栅基本原理 |
| 2.3 集成光波导器件分析方法 |
| 2.3.1 有效折射率法 |
| 2.3.2 光束传输法 |
| 2.3.3 时域有限差分法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器研究 |
| 3.1 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器工作原理 |
| 3.2 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器优化设计 |
| 3.3 基于铌酸锂薄膜的定向耦合型偏振分束器性能分析与工艺流程 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线研究 |
| 4.1 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线工作原理 |
| 4.2 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线优化设计 |
| 4.3 基于铌酸锂薄膜的波导光栅可调谐延迟线性能测试与分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 基于铌酸锂薄膜的偏振分束器和波导光栅可调谐延迟线在微波光子滤波器中的应用 |
| 5.1 微波光子滤波器 |
| 5.1.1 单光源微波光子滤波器 |
| 5.1.2 多光源微波光子滤波器 |
| 5.1.3 微波光子滤波器频谱响应指标 |
| 5.2 基于LNOI偏振分束器与波导光栅延迟线的可调谐陷波微波光子滤波器研究 |
| 5.3 基于LNOI波导光栅延迟线的可调谐带通微波光子滤波器研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加科研情况 |
| 附录 |
| 学位论文评阅及答辩情况表 |
（9）光场物理维度调控的光子集成器件研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 光子集成器件光场维度调控研究进展 |
| 1.3 本论文的工作及创新点 |
| 1.4 本论文的课题来源 |
| 2 光子集成单元器件及光场调控理论基础 |
| 2.1 微环谐振器 |
| 2.2 马赫-曾德尔干涉仪 |
| 2.3 阵列波导光栅 |
| 2.4 波导模式复用解复用器 |
| 2.5 光场调控与结构光场 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 光子集成器件的设计、制备和测试 |
| 3.1 光子集成单元器件的设计仿真 |
| 3.2 硅基光子集成器件的工艺制备 |
| 3.3 硅基光子集成器件的性能测试及优化 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 用于波长维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 4.1 硅基可调谐梳状滤波器 |
| 4.2 硅基片上Fano和EIT效应 |
| 4.3 硅基光子集成FPGA |
| 4.4 可重构硅基光子集成信号处理器件 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 用于波导模式维度调控的硅基光子集成器件研究 |
| 5.1 硅基微环辅助的模式复用解复用器 |
| 5.2 硅基波导模式复用解复用器 |
| 5.3 基于多模Fano效应的硅基低功耗模式光交换 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 用于结构光场调控的光子集成器件研究 |
| 6.1 基于环形光栅的涡旋光检测 |
| 6.2 基于平面硅基波导的涡旋光产生器 |
| 6.3 高速直调集成矢量光激光器 |
| 6.4 硅基多维度结构光场调控光子芯片 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 工作总结 |
| 7.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读博士学位期间发表主要论文目录 |
| 附录2 中英文缩写对照表 |
（10）硅基微纳集成光子器件的反向设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 硅基微纳集成光子器件研究现状 |
| 1.1.1 硅基无源器件 |
| 1.1.2 硅基有源器件 |
| 1.2 反向设计研究现状 |
| 1.2.1 反向设计的定义 |
| 1.2.2 反向设计实现方式 |
| 1.3 本论文的研究内容和创新点 |
| 1.3.1 本论文的章节安排 |
| 1.3.2 本论文的主要创新点 |
| 参考文献 |
| 第二章 硅基微纳集成光子器件反向设计的理论基础 |
| 2.1 反向设计中的电磁仿真 |
| 2.1.1 光的干涉与衍射 |
| 2.1.2 时域有限差分方法 |
| 2.1.3 完美匹配层 |
| 2.1.4 SOI模型构建 |
| 2.2 反向设计的优化算法 |
| 2.2.1 粒子群优化算法 |
| 2.2.2 多目标粒子群优化 |
| 2.3 反向设计的算法改进与实现流程 |
| 2.4 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第三章 超小尺寸偏振分束器 |
| 3.1 研究背景 |
| 3.2 基于PSO反向设计的超小尺寸偏振分束器 |
| 3.2.1 器件结构与设计流程 |
| 3.2.2 器件性能分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第四章 片上转模全光二极管 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 基于PSO反向设计的片上转模全光二极管 |
| 4.2.1 器件设计与性能分析 |
| 4.2.2 波导模式条件的研究分析 |
| 4.3 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第五章 高速全光逻辑器件及单元 |
| 5.1 研究背景 |
| 5.2 基于PSO的硅基全光非(NOT)门 |
| 5.3 基于MOPSO的硅基全光与(AND)和非(NOT)门 |
| 5.3.1 设计流程 |
| 5.3.2 NOT门设计结果与性能分析 |
| 5.3.3 AND门设计结果与性能分析 |
| 5.4 基于模块化反向设计的全光半加器 |
| 5.4.1 设计流程 |
| 5.4.2 各模块设计结果与性能分析 |
| 5.4.3 半加器的组装与性能分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 参考文献 |
| 第六章 工作总结与展望 |
| 6.1 论文内容总结 |
| 6.2 前景与展望 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
四、Analysis of Nonlinear Directional Couplers（论文参考文献）
- [1]面向模拟光链路的硅基光子调控器件及系统研究[D]. 张强. 浙江大学, 2021(01)
- [2]基于铌酸锂薄膜波导的片上微结构仿真[D]. 申世超. 山东大学, 2021(12)
- [3]飞秒激光直写BK7玻璃波导与定向耦合器的制备研究[D]. 吴佳明. 山东大学, 2021
- [4]硅基表面等离激元偏振调控器件研究[D]. 白冰. 北京交通大学, 2021(02)
- [5]矢网3mm频段扩频组件关键部件研制[D]. 李国鹏. 电子科技大学, 2021(01)
- [6]硅基片上模场调控器件研究[D]. 李晨蕾. 浙江大学, 2020(02)
- [7]220GHz多电路集成技术[D]. 牛中乾. 电子科技大学, 2020(03)
- [8]基于铌酸锂薄膜的集成光波导器件设计及在微波光子滤波器中的应用[D]. 公姿苏. 山东大学, 2020(01)
- [9]光场物理维度调控的光子集成器件研究[D]. 郑爽. 华中科技大学, 2020
- [10]硅基微纳集成光子器件的反向设计[D]. 芦启超. 北京邮电大学, 2020(04)