實用微環(huán)諧振器的設計

#第一章緒論引言21世紀人類將邁進一個高度信息化的社會和網(wǎng)絡時代，通信和網(wǎng)絡的發(fā)展將深刻地改變?nèi)祟惿鐣拿婷?，信息將成為社會機體中的靈魂，人們對通信信息量的需求呈現(xiàn)爆炸般的指數(shù)增長，隨著高容量和高速度通信事業(yè)的發(fā)展，電子學和微電子學遇到了其局限性的困擾。與電子相比，光子作為信息載體不僅響應速度快，而且信息容量大。因此，信息載體由電子過渡到光子，電通信到光通信成為必然發(fā)展趨勢。由于微環(huán)諧振器在光纖通訊方面的獨特優(yōu)勢，其已經(jīng)在光纖通訊領(lǐng)域變?yōu)楦鲊鵂幭喙タ说姆矫?。光纖通信主要包括光纖光纜、光電子器件及光通信系統(tǒng)設備等三個部分。而光電子器件在光通信中起著至關(guān)重要的作用。當前，集成光電子器件的研究方向是微型化、集成化和規(guī)?；Ｓ捎谖h(huán)諧振器具有結(jié)構(gòu)簡單、便于制作和集成度高的優(yōu)點，已經(jīng)在集成光學領(lǐng)域內(nèi)引起了科技工作者們極大的興趣，人們對其展開了廣泛深入的理論與實驗研究。目前國內(nèi)外對微環(huán)諧振器的研究，主要集中在波分復用和濾波方面，因為微環(huán)諧振器在這兩方面的應用潛力非常突出。微環(huán)諧振器簡介光微環(huán)諧振器是Marcatili于1969年首先提出了的概念與結(jié)構(gòu)。他在《光絕緣波導彎曲》一文中詳細介紹了微環(huán)波導諧振器的工作原理［1］?？偟膩碚f，微環(huán)諧振器是制作在光波導上的微型環(huán)，它是由環(huán)半徑為幾十微米到幾百微米的環(huán)形波導和直波導相互耦合構(gòu)成，既可以是只有一個環(huán)的簡單結(jié)構(gòu)，也可以由多個環(huán)通過串聯(lián)、并聯(lián)等方式構(gòu)成陣列。圖1.1給出了單個微環(huán)諧振器的基本結(jié)構(gòu)示意圖，其中(a)是單環(huán)和單一直波導耦合的情況，(b)是單環(huán)和兩個平行直波導耦合的情況，(c)是單環(huán)和兩個垂直直波導耦合的情況。向圖1.1微環(huán)諧振器的結(jié)構(gòu)示意圖(a)是單環(huán)和單一直波導耦合的情況；(b)是單環(huán)和兩個平行直波導耦合的情況；(c)是單環(huán)和兩個垂直直波導耦合的情況微環(huán)結(jié)構(gòu)和我們熟知的F-P諧振腔如圖1.2(a)一樣,也是一種諧振腔結(jié)構(gòu)。當耦合進微環(huán)的光滿足環(huán)形諧振條件時，即λ=nnD,D為環(huán)的半徑，n為環(huán)mm e內(nèi)的有效折射率，光在環(huán)里因為相位相同而形成正反饋，發(fā)生諧振，因而從另一波導耦合出去。不滿足諧振條件的光則從原波導輸出，就實現(xiàn)了一個上下路濾波(Add/DropFilter)(如圖1.2(b))的作用。圖1.2簡單示意圖(a)F-P腔，(b)微環(huán)諧振器的Add/Drop濾波器微環(huán)諧振器相關(guān)研究的國內(nèi)外進展和現(xiàn)狀經(jīng)過了三十多年的發(fā)展，微環(huán)諧振器的研究已從最初的單元件、單功能光波導器件，向多功能、多元件單片集成的方向發(fā)展。在光波導器件的研發(fā)中，美國、日本、韓國、歐洲等國家，都投入了很大的精力，并已經(jīng)研制成功眾多功能的光波導元器件。這一領(lǐng)域的研究在國內(nèi)也得到廣泛的關(guān)注，吉林大學等單位基于甲基丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸環(huán)氧甲酯共聚物，采用反應離子刻蝕技術(shù)制備微環(huán)諧振濾波器及波分復用器研究：中科院上海光機所的專家在綜述介紹文章中關(guān)注射了基于PMMA、PCZ、氟化聚酰亞胺樹脂等聚合物的波導微環(huán)諧振，此外浙江大學、中國科學技術(shù)大學、復旦大學、武漢郵電學院等單位都投入了大量的研究下面本文分別介紹了微環(huán)諧振器在結(jié)構(gòu)、功能、材料方面取得的進步。微環(huán)諧振腔器結(jié)構(gòu)的發(fā)展從結(jié)構(gòu)方面看，基于微環(huán)諧振腔的器件結(jié)構(gòu)變得更加靈活。光波導微環(huán)諧振器是梅建集成光子學器件重要的基礎(chǔ)光波導單元。其獨特的波長選擇特性、高Q參數(shù)和結(jié)構(gòu)緊湊等特點，使其成為新一代光通信和高速全光信號處理系統(tǒng)中的重要光子學功能器件。圖1.3a和圖1.3b所示的兩種結(jié)構(gòu)是最簡單的波導微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)。這里我們主要討論雙信道結(jié)構(gòu)，一般按信道波導間的排布方式上看，有平行結(jié)構(gòu)與垂直結(jié)構(gòu)兩種。從耦合方式上看，又分為對稱耦合與臨界耦合兩種，這兩種耦合方式各有優(yōu)缺點。從耦合位置看，又分為垂直耦合(vertical(0ut-of-plane)coupling)與橫向耦合(1ateral(in-plane)coupling)。目前研究較多的是垂直耦合方式。從日本橫濱國歷大學的研究小組的研究方向變化過程中可以反應微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向，1998年人他們研究并設計了平行信道橫向耦合微環(huán)諧振腔濾波器。從1999年到2004年他們主要研究了垂直耦合結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振器，并且逐步朝多環(huán)領(lǐng)域發(fā)展。圖1.3(a)橫行耦合結(jié)構(gòu)；(b)垂直耦合結(jié)構(gòu)隨著研究的進步和制作工藝的提高，多微環(huán)和微環(huán)陣列已經(jīng)成為微環(huán)諧振腔領(lǐng)域的重點研究對象，這種多環(huán)結(jié)構(gòu)提高了器件的性能。人們不斷還將微環(huán)諧振腔與一些其他器件或結(jié)構(gòu)進行集成，使得微環(huán)諧振腔器件的結(jié)構(gòu)更加多樣化，實現(xiàn)了更加多的功能，例如將微環(huán)諧振腔與半導體放大器或馬赫-曾德爾干涉儀相集成，從而使器件的性能更加優(yōu)越化同時一些特殊結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振器也同樣引起了人們的興趣。微環(huán)諧振腔器功能的變化從功能方面看，基于微環(huán)諧振腔的器件應用領(lǐng)域不斷擴大。近幾年以波導微環(huán)諧振腔為基礎(chǔ)的通信元器件大量涌現(xiàn)出來，如前面提到過的激光穩(wěn)頻和調(diào)頻器，光波導分插復用器，生物化學傳感器，調(diào)制器，光開關(guān)，光延時線，色散補償器等。這些器件作為光通信網(wǎng)絡的基礎(chǔ)功能器件，成為光通信領(lǐng)域研究的熱點，它們的功能也正在逐漸被優(yōu)化，它們所應用的領(lǐng)域也變得越來越廣泛。早在1994年日本的NRR實驗室的研究人員通過實驗驗證了微環(huán)諧振腔濾波器的波長選擇特性。2003年德國的一個科研組織又將SOA集成到波導微環(huán)諧振腔中補償諧振腔的損耗，很好地提高了諧振腔的光學性能。2005年Tzyy-JiannWall等人采用氧離子處理的方法獲得了工作波長可調(diào)諧的微環(huán)諧振腔濾波器。2006年韓國的Jong-MooLee等人有設計了工作波長不受環(huán)境溫度變化影響的硅基納米線型的波導微環(huán)諧振腔濾波器。除了這些功能上的改進外，其應用領(lǐng)域也不斷擴大，更加趨于實用化。2000年P(guān)avamRabier等人利用聚合物微環(huán)諧振腔實現(xiàn)了光信號調(diào)制功能，調(diào)制帶寬達封154GHz。2003年日本的KSsuzuki等人采用PLC微環(huán)諧振腔實現(xiàn)了WDM可調(diào)諧色散補償器，實現(xiàn)了16信道WDM系統(tǒng)150ps/nm的色散補償能力。同年R．Kubadd采用微環(huán)諧振腔實現(xiàn)高密度集成的芯片組之間的連接。2007年xuejunLu等人采用高階弱耦合微環(huán)諧振腔實現(xiàn)了一種全光非線性閩值門，其具有低的開關(guān)閾值為-10dBm。波導微環(huán)諧振器能夠?qū)崿F(xiàn)多種功能，目前全球范圍內(nèi)有多個科研組織在致力于這方面的研究。波導環(huán)形諧振器己在光通信等多個領(lǐng)域顯示出它獨特的功能，上述利用環(huán)形諧振器的光波導器件僅是幾個例子，隨著波導材料、制作工藝的進步以及今后的進一步研究，會有更多新型環(huán)形波導器件出現(xiàn)，并向高度集成化的多功能波導器件方向發(fā)展。微環(huán)諧振腔器材料的進步發(fā)展從材料方面看，微環(huán)諧振腔器件的材料來源具有更多的選擇。人們已經(jīng)在Ⅲ-V族化合物半導體、SOI(Silicon-on-Isolator)和二氧化硅等光波導材料上研制了各種各樣的微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)盼器件。1992年SenichiSllzuki等人利用二氧化硅材料制備了集成光學微環(huán)諧振腔。1999年B．E．Ijttle等人利用玻璃材料制備了垂直耦合的波導微環(huán)諧振腔濾波器。2003年德國一個科研小組利用GaInAsP/InP制作了有源微環(huán)諧振腔。2006年IBM公司的研發(fā)人員利用SOI結(jié)構(gòu)制作了特殊結(jié)構(gòu)的微環(huán)諧振腔。隨著加工工藝的不斷提高和集成光學的迅猛發(fā)展，這些能夠與現(xiàn)代半導體技術(shù)相結(jié)合并且具有優(yōu)良的光學性能的器件必定會得到長足發(fā)展。然而這種無機光波導材料的制備卻一直需要昂貴的大型設備條件以及擴散、蒸發(fā)和外延等真空工藝，制備工藝過程復雜，成本高，這在某種程度上阻礙了其應用與普及。最近幾年，隨著有機高分子材料的迅速發(fā)展，有機聚合物成為另一類重要的光波導的基礎(chǔ)材料。近幾年基于聚合物材料的新型光電器件以其優(yōu)良的特性成為研究的熱點。適用于光波導器件的聚合物有聚丙烯酸脂(polyacrylates)、聚酰亞胺(polyimides)、聚甲基丙烯酸甲脂(polymethylmethacrylate)及聚碳酸脂(polycarbonate)等。當器件的工作波長為850、1310和1550nm時，這些材料的傳播損耗比較低。通過鹵代的方法可以進一步獲得光學性能更好的聚合物材料。早在1972年，貝爾實驗室的R.Ulrich和H.P.Weber就將摻有有機染料6G的聚亞安酯涂敷于石英棒上，制作了薄膜激光器，但激光是通過棱鏡耦合輸出的。第一個具有總線直波導的微環(huán)諧振器是由J.Haavisto和G.A.Pajer于1980年采用聚合物PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)制作的，不過環(huán)諧振器具有很大的半徑為4.5cm，且只是用于波導損耗的測量。Y.Hida等人在1992年制作了第一個真正意義的基于平面光波導技術(shù)的聚合物微環(huán)諧振器，環(huán)半徑為15.9mm。隨著近年來聚合物材料在光學性能方面取得的較大進展，以及波導制作工藝水平的提高，基于各種新材料、新工藝，并具有新型功能的聚合物微環(huán)諧振器相繼報道，并逐漸顯示聚合物光波導材料用于微環(huán)諧振器制作的優(yōu)勢。同時，一些有機與無機共用或雜化材料也正在成為人們的選擇。甚至出現(xiàn)了液態(tài)材料芯層的波導微環(huán)諧振腔器件。2006年I.M.Wllite等人利用二氧化硅做包層，設計了液態(tài)芯層的微環(huán)諧振器。決定許多器件工作性能的是制作材料和器件結(jié)構(gòu)，其中材料是基礎(chǔ)，器件性能的改善必然受到材料的制約。低成本高性能的材料是目前人們所追求的理想材料。隨著這些材料的不斷開發(fā)，微環(huán)諧振器的研究也將得到更進一步的發(fā)展。微環(huán)諧振器的實際應用基于平面波導技術(shù)的光微環(huán)諧振器受到人們的關(guān)注和研究而得以迅速發(fā)展，并成為構(gòu)建和實現(xiàn)集成光子學功能器件的重要的基礎(chǔ)光波導單元。微環(huán)諧振器的兩種基本結(jié)構(gòu)如圖1.4所示，由微型環(huán)狀波導與作為輸入輸出總線的直波導耦合構(gòu)成，微型環(huán)狀波導的諧振效應使其具有獨特的波長選擇、高Q因子等特性，并且由于其結(jié)構(gòu)緊湊的特點，在實現(xiàn)新一代光通信和高速全光信號處理系統(tǒng)核心集成光子學功能器件中，具有十分重要和廣闊的應用前景。目前，微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)在研究中已被大量地應用于設計制作激光穩(wěn)頻和調(diào)頻器，光波導分插復用器，生物化學傳感器，調(diào)制器，光開關(guān)，光延時線，色散補償器等。tEh%?,NM??BW工？IT-二F^至Γ5歷^rr?EM吟卡產(chǎn)吟?%??i*~ui''— 』叱箏嬉⑥環(huán)…封(a) (b)圖1.4微環(huán)諧振器的兩種基本結(jié)構(gòu)(a)雙總線結(jié)構(gòu)；(b)單總線結(jié)構(gòu)激光穩(wěn)頻和調(diào)頻器在微環(huán)結(jié)構(gòu)中，環(huán)形波導實現(xiàn)著阿F-P諧振腔類似的作用，如果在環(huán)形波導中加入光益介質(zhì)則能實現(xiàn)激光器的功能?；谖h(huán)結(jié)構(gòu)的激光器具有體積小、不需要設計兩個高反射鏡、便于集成等優(yōu)點。C．Y．Liu等人在2005年采用脊型波導分別對F-P諧振腔和微環(huán)兩種結(jié)構(gòu)的激光器進行了比較和研究［2］。對于前者隨著閾值電流的增加，這種結(jié)構(gòu)的激光器顯示出模間競爭的特性，而后則表現(xiàn)出模式共存的特點。對于這種微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)，在激光器中還有其他重要應用：改善邊模抑制比、利于實現(xiàn)激光器單模工作、降低發(fā)射光譜線寬、抑制頻率啁啾現(xiàn)象等。其基本結(jié)構(gòu)如圖1.5這種激光器的結(jié)構(gòu)類似于DBR激光器，只是這種結(jié)構(gòu)中采用了微環(huán)諧振腔代替了布拉格發(fā)射器［3］。采用這種微環(huán)諧振腔結(jié)構(gòu)還可以獲得輸出波長可調(diào)諧的激光器。這種結(jié)構(gòu)大體相當于用兩個微環(huán)諧振器取代了傳統(tǒng)激光器中F-P諧

振腔的兩個高反射端面。如圖1.6采用彎曲半徑不同的雙環(huán)結(jié)構(gòu)不但可以實現(xiàn)輸出波長調(diào)節(jié)［4］，而且可以獲得比單環(huán)結(jié)構(gòu)的可調(diào)激光器更大的調(diào)節(jié)范圍，同時更容易現(xiàn)激光器單模工作。因為兩個不同半徑的微環(huán)使得整個器件的自由波普范圍FSR增加，即兩個諧振腔的應用增加了激光器工作波長的周期。RingrvkonatατPassivewaveguide1Passive.-waveruιdc2Ab?Hp(ioaregk>ΛrcgκmAbsorptionregionPassive,jwaveguide2Ga≡nregion圖1.5兩種無源微環(huán)諧振腔耦合激光器圖1.6(a)雙微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)的激光器；(b)兩個小直結(jié)構(gòu)微環(huán)的傳輸譜RingrvkonatατPassivewaveguide1Passive.-waveruιdc2Ab?Hp(ioaregk>ΛrcgκmAbsorptionregionPassive,jwaveguide2Ga≡nregion圖1.5兩種無源微環(huán)諧振腔耦合激光器圖1.6(a)雙微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)的激光器；(b)兩個小直結(jié)構(gòu)微環(huán)的傳輸譜光波導分插復用器在光網(wǎng)絡的分插復用單元中需要對信號進行上傳和下載，微環(huán)諧振器與直波導相結(jié)合可構(gòu)成上傳/下載單元，圖1.7是垂直結(jié)構(gòu)單環(huán)諧振器構(gòu)成的單信道上傳/載濾波器結(jié)構(gòu)示意圖，該結(jié)構(gòu)采用兩根總線波導(buswaveguide)就實現(xiàn)了信號的

上傳和下載。該結(jié)構(gòu)是各種垂直耦合微環(huán)波分復用器的結(jié)構(gòu)單元。圖1.8(a)是垂直耦合微環(huán)諧振器構(gòu)成的八信道上傳/下載濾波器［5］，當信道帶寬為25GHz時，雙環(huán)諧振器的自由光譜范圍(FSR)至少為100GHz，把每個雙環(huán)諧振器單元的諧振波長調(diào)到相應信道的中心波長，從而可腔層分別進行優(yōu)化，使總線層具有低的輸入/出損耗和傳輸損耗，環(huán)形波導層結(jié)構(gòu)更緊湊，并且具有低的彎曲損耗，圖1.8(b)描繪了TE模輸出譜。S.T.Chu等人［6］利用紫外輻照(UV—trimming)技術(shù)制成了半徑為10um、FSR為20nm的垂直耦合環(huán)形諧振腔陣列，集成度高達104～105個/cm2圖1.7垂直結(jié)構(gòu)單環(huán)諧振器構(gòu)成的單信道上傳/下載濾波器∣np≡utDropP81BThrocιgbpu115∞ 15201X015601580Wxe%ngthnm(b>∣np≡utDropP81BThrocιgbpu115∞ 15201X015601580Wxe%ngthnm(b>圖1.8(a)垂直耦合微環(huán)諧振器構(gòu)成的信道上傳/下載濾波器［5］；(b)Drop端TE模的濾波特性生物化學傳感器生物傳感器是用生物活性材料(酶、蛋白質(zhì)、DNA、抗體、抗原等)與物理、化學傳感器的有機結(jié)合，是發(fā)展生物技術(shù)不可缺少的一種先進的檢測方法與監(jiān)控手段，也是物質(zhì)分子水平的快速、微量分析方法。由于其具有尺寸小、波長選擇性好等優(yōu)點，因此十分適合于高靈敏度傳感的應用，已在應力［7］、超聲波［8］、化學生物傳感［9-11］等方面開展了實驗研究。研究者采用有機/無機混合溶膠2凝膠法制作了波導環(huán)形諧振腔［9］，通過探測波導環(huán)形諧振腔透射譜諧振波長的變化，獲得了環(huán)形諧振腔對甲醇、丙醇、丙酮、甲醛、二甲苯、甲烷等揮發(fā)性化合物蒸氣的敏感特性。對丙醇最敏感，靈敏度達到1.403pm/10-6。L．JayGuo等人設計并制作了基于微環(huán)結(jié)構(gòu)的生物傳感器［10］。其結(jié)構(gòu)如圖1.9所示。由于諧振腔工作的中心波長對腔體材料的折射率十分敏感，腔體折射率的微小變化，都會引起諧振腔中心波長的漂移。不同數(shù)量的生物體或化學物質(zhì)落到諧振腔表面，將會引起諧振腔中心波長不同程度的漂移，因此通過檢測波長漂移量即可得知我們所感興趣的區(qū)域的生物體或化學物質(zhì)的濃度。同時對于一個給定的波長，這種折射率的變化也會影響輸出端光強度，這一變化甚至更加靈敏，因此我們也可以通過檢測諧振腔中心波長在輸出端的光強度來表征我們所感興趣的區(qū)域的生物體或化學物質(zhì)的濃度。如果外界環(huán)境的變化能夠引起諧振腔材料有效折射率變化大于10-9，那么采用高Q值的微環(huán)諧振腔傳感器對這樣的環(huán)境進行檢測是可行的［12］。圖1.9(a)諧振腔結(jié)構(gòu)生物傳感器結(jié)構(gòu)；(b)諧振腔諧振曲線及諧振波長偏移曲線光開關(guān)DWDM技術(shù)為數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的迅速發(fā)展提供了巨大的帶寬資源，同時全光網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡路由及保護功能需要在全光域完成，這就使光開關(guān)在未來光通信中的應用成為熱點的問題。光開關(guān)可以實現(xiàn)光束在時間、空間、波長上的切換，它是完成全光交換的核心器件，光開關(guān)的研究日益成為全光通信領(lǐng)域關(guān)注的焦點［13,14］。光開關(guān)的作用有3類：1）將某一光纖通道的光信號切斷或開通;2）將某波長光信號由一光纖通道轉(zhuǎn)換到另一光纖通道;3）在同一光纖通道中將一種波長的光信號轉(zhuǎn)換為另一波長的光信號。目前普遍采用的非對稱馬赫一增德爾（MZ）干涉儀型光開關(guān)的閩值功率大多超過100W［15］，而提供如此高能量所需的器件一般較昂貴。微環(huán)諧振器的諧振器可以加強光與非線性介質(zhì)作用的次數(shù)，因而成為非線性研究中降低開關(guān)閾值功率的一種有效方法。這種基于微環(huán)諧振腔的光開關(guān)具有較低的閩值功率和較快的響應速度。甚至擺脫外加的機電裝置。同時改變諧振腔芯層和包層材料的折射率差，可以實現(xiàn)光路的通斷，從而達到光開關(guān)的目的。W.cao等人利用BCB材料制作了全光開關(guān)［16］，實現(xiàn)頻域內(nèi)2pm的響應速度。KaixinChen等人［17］設計制作了垂直結(jié)構(gòu)的聚合物光開關(guān)，其結(jié)構(gòu)如圖1.10所示，這種垂直的三維結(jié)梅可以使諧振腔和直波導之間具有不同的折射率，還避免了刻蝕輸入輸出波導與環(huán)形諧振腔之間較小的耦合間隔，降低了制作工藝，同時電加熱源可以直接沉積在上層波導的頂部，而不需要像二維結(jié)構(gòu)那樣將電加熱源沉積在波導的一側(cè)一定偏移處，因此三維結(jié)構(gòu)需要更低的電功率。圖1.10KaixinChen等人設計制作的寬帶光開關(guān)結(jié)構(gòu)光延時線光延時線能對光信號產(chǎn)生時間延遲,在通信系統(tǒng)中起著重要的作用。例如在光時分復用系統(tǒng)中，為了達到同步的目的，需要對光信號作一定的時間延遲。環(huán)形諧振腔構(gòu)成的光延時線能夠?qū)⒐庑盘栂拗圃谄渲型鶑蛡鞑ィ恍柙黾悠骷奈?/p>

理長度就可以產(chǎn)生足夠的延遲，而且可以科用級聯(lián)不同數(shù)量的環(huán)產(chǎn)生不同的時間延遲量，N個環(huán)級聯(lián)產(chǎn)生的時延量為［18］：τ(w)=∑τ(w)=∑Nn-12-k2-2nk2Tcos(wT)n（1.1）其中Tn為繞環(huán)一周的時間延遲，可以通過調(diào)節(jié)各個耦合器的分束比，對時延量進行動態(tài)調(diào)節(jié)。C.G.H.Roeloffzen等人采用圖1.11所示結(jié)構(gòu)，每一個諧振腔獲得0.12ns的延時［19］。圖1.11三個環(huán)形諧振腔構(gòu)成的光延時線結(jié)構(gòu)示意圖圖1.11三個環(huán)形諧振腔構(gòu)成的光延時線結(jié)構(gòu)示意圖色散補償器色散補償一直是光通信領(lǐng)域研究的熱點。不同頻率的光在光纖中傳播，由于群速度不同而產(chǎn)生色散，使得脈沖展寬，從而使相鄰的脈沖發(fā)生干擾，最終造成傳輸信號失真。級聯(lián)微環(huán)諧振腔構(gòu)成的全通濾波色散補償器（如圖1.12）具有損耗低、色散量大、時延波動小等特點，同時色散的正負可以通過調(diào)諧環(huán)的相對相位來獲得。Madsen.C.K等［18］利用級聯(lián)微環(huán)諧振器設計出色散量-4200ps/nm、時延波動±5ps、損耗＜3dB、自由光譜范圍12.5GHz、通帶寬度4.5GHz的多通道色散補償濾波器，可以對色散量為±17ps/（nm．km-1）的單模光纖傳輸25km造成的色散進行補償。圖1.12級聯(lián)微環(huán)諧振腔色散補償器圖1.12級聯(lián)微環(huán)諧振腔色散補償器光學濾波器在Marcatili提出環(huán)形波導的結(jié)構(gòu)時，人們就開始注意到了微環(huán)的濾波特性。面對如今大容量的通信系統(tǒng)，微環(huán)濾波特性實現(xiàn)的上下路作用設計簡單，結(jié)構(gòu)緊湊，便于實現(xiàn)利用陣列結(jié)構(gòu)。于是微環(huán)結(jié)構(gòu)大量地被用與設計和制作Add/drop濾波器。同時利用微環(huán)結(jié)構(gòu)還可以出設計全通濾波器，實現(xiàn)色散補償、相位濾波等的重要作用。精確的中心工作波長，平坦的通帶，低損耗，大的動態(tài)范圍，高密度的集成一煮是集成光路中追求的濾波器，于是人們經(jīng)常利用級聯(lián)的方法來改善微環(huán)器件的性能。本文主要工作本論文主要是對微環(huán)諧振器進行分析。通過Optiwave軟件仿真、分析微環(huán)諧振器不同的參數(shù)，具體文章結(jié)構(gòu)安排如下：第一章：緒論部分，引言給出了課題的研究背景以及研究意義。簡要介紹了微環(huán)諧振器的特點以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀。重點介紹了微環(huán)諧振器在實際工程中的應用。第二章：介紹了微環(huán)諧振器的理論分析基礎(chǔ)。給出了微環(huán)諧振器的各項性能指標參數(shù)極其具體推導過程。第三章：簡單介紹了Optiwave軟件的特點及其基本操作過程并用Optiwave軟件具體對有限時域差分法（FDTD）進行具體模擬仿真分析。第四章：小結(jié)小結(jié)本章簡單介紹了微環(huán)諧振器的基本特性極其國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，具體介紹了微環(huán)諧振器的實際應用，提出了本文的具體工作中心。第二章微環(huán)諧振器的理論分析微環(huán)諧振器的基本理論對如圖2.1所示的典型微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)，運用耦合模理論，可得到其功率傳遞函數(shù)，不過在進行理論推導前，我們可先對其傳輸原理作簡要說明：光從Input端口入射，當傳輸至耦合區(qū)時，直波導和環(huán)之間發(fā)生光的耦合，部分光功率耦合至環(huán)中。耦合至環(huán)中的光在環(huán)中傳輸約半周后，到達另一個耦合區(qū)，再次發(fā)生耦合，部分光功率耦合至Drop端口，剩余功率傳輸回到第一個耦合區(qū)。若此時光在環(huán)形波導中傳輸一周的相位差為2π的整數(shù)倍，則在第一個耦合區(qū)將發(fā)生光的相干加強，其結(jié)果是環(huán)中光功率增大，導致Drop端光功率也隨之增大，Through端光功率減小，如此往復多次，最終將達到一個光穩(wěn)態(tài)，假設傳輸過程中不發(fā)生光的損耗，則最后從Input端輸入的光功率將全部從Drop端輸出，而Through端功率流為零。與此相反，若光在環(huán)形波導中傳輸一周的相位差是π的奇數(shù)倍時，在耦合區(qū)將產(chǎn)生光相干相消，最后從Drop端輸出的光功率很小，此時大部分光仍在原輸入波導中傳輸。上述就是微環(huán)諧振器工作的基本原理，它最基本的作用就是能夠?qū)崿F(xiàn)波長的分離。圖2.1微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)示意圖圖2.1微環(huán)諧振器結(jié)構(gòu)示意圖在對微環(huán)諧振器原理有一基本認識后，下面采用耦合模理論，推導出微環(huán)傳輸特性理論公式，為了使結(jié)論更具有普遍性，以下推導考慮最典型的情況。根據(jù)耦合模理論，在微環(huán)諧振器耦合區(qū)有：

「b、l'.b2J「tιkJ.-k*t*11kla4a「b、l'.b2J「tιkJ.-k*t*11kla4a3∕、八'αιa2〃kX0、Uk*;22√Ib3j(2.1)(2.2)aaaa其中1， 2， 3， 4，bb1， 2，b3，b4為歸一化波導模式場振幅，它們的平方即為模式光功率，k1，k2為耦合器振幅耦合效率。不考慮耦合損耗，上式中耦I(lǐng)k12+1tJ2=1(2.3)(2.4)假設光在環(huán)形波導中傳輸?shù)恼穹鶕p耗系數(shù)為γ，相位傳輸常量為β，在兩個耦合器之間的傳播距離為L，則場振幅滿足下面的關(guān)系：b=e-(γ+β)Lb32(2.5)從以上六式可以得到：a=e-(γ+β)La

23(2.6)—k*ke-(γ+β(2.3)(2.4)假設光在環(huán)形波導中傳輸?shù)恼穹鶕p耗系數(shù)為γ，相位傳輸常量為β，在兩個耦合器之間的傳播距離為L，則場振幅滿足下面的關(guān)系：b=e-(γ+β)Lb32(2.5)從以上六式可以得到：a=e-(γ+β)La

23(2.6)—k*ke-(γ+β)la= ^^ a4 1—t*t*e-(γ+β)2l112(2.7)7t-1*e-(γ+β)2lb=→—2 a1 1—t*t*e-(γ+β)2l112由(2.7)、(2.8)式就可得到微環(huán)諧振器功率傳輸函數(shù)：(2.8)D2=a4a12k12k222α內(nèi)2=b1a121-2α11lit'cos(2knπR)+α21112It21 2 0eff 1 21112-2α∣t∣∣tIcos(2knπR)+α21112=1?22 0f1211-2αItiltcos(2knπR)+α2∣t∣2∣t21 2 0eff 1 2(2.9)(2.10)式中α=e-2γl≈e-γ2πr為一周振幅損耗因子，k為自由空間波數(shù)，0neff為環(huán)形波導中模式有效折射率。上面的推導過程中我們忽略了模式耦合帶來的相位影響，即kn2L+φ+φ=kn 2πR0eff t1 t2 0eff(2.11)式中R為環(huán)半徑，φt1和φt2，分別為系數(shù)t1、t2的幅角。利用(2.9)、(2.10)畫出的曲線如圖2.2所示(k2=O.2，α2=0.95)，從圖中可以看出，微環(huán)諧振器具有優(yōu)異的波長選擇特性，某些波長及其附近很小波長范圍的大部分光功率能夠從Drop端輸出，而其它波長的光功率仍由原波導進行傳輸。我們不難發(fā)現(xiàn)，圖2.2所示曲線與F-P腔的傳輸曲線形式相同，這說明它們有相同的傳輸特性，其實這兩者的基本原理是完全相同的，微環(huán)諧振器的振幅耦合效率k就相當于F-P腔端面的透射率，t相當于端面反射率，只是結(jié)構(gòu)和工作形式不同而已。10.806040.21.521.531,541551.561.571,58wavelength(μm∕￡BHφModpφzlβuuo圖1.521.531,541551.561.571,58wavelength(μm∕￡BHφModpφzlβuuo微環(huán)諧振器的性能指標對微環(huán)諧振器性能的表征主要有以下指標：諧振波長λm，自由光譜范圍FSR，諧振峰半高全寬ΔλFWHM、精細度(Finesse，F(xiàn))、品質(zhì)因子Q、消光比等。下面我們分別介紹它們的定義及理論公式。單環(huán)諧振器是微環(huán)諧振濾波器中最基本的結(jié)構(gòu)，圖2.3顯示了單環(huán)的結(jié)構(gòu)圖。其他更為復雜的結(jié)構(gòu)是以單環(huán)為基本單元排列而成，如多環(huán)并聯(lián)、多環(huán)串聯(lián)、多環(huán)陣列等結(jié)構(gòu)。光在微環(huán)中傳輸時，只有那些繞微環(huán)傳輸一周時所產(chǎn)生的光程差為波長的整

數(shù)倍的光才能產(chǎn)生諧振而加強，即需滿足下述的微環(huán)諧振方程:(2.12)2πRn=mλ(2.12)eff或者說，只有那些繞微環(huán)傳輸一周時所產(chǎn)生的相位差為2π的整數(shù)倍的光才能產(chǎn)生諧振而加強，此時的微環(huán)諧振方程可寫為:(2.13)2πRβ=m2π(2.13)其中，R為微環(huán)半徑，neff為微環(huán)波導中模的有效折射率，β為模傳播常數(shù)，λ為真空中光波長，m為諧振級數(shù)。圖2.3圖2.3單環(huán)結(jié)構(gòu)圖諧振波長顧名思義，就是指能夠在環(huán)形波導中產(chǎn)生光的相干加強(諧振)從而在Drop端有最大輸出功率的光波長。由(2.14)、(2.15)式可得微環(huán)諧振條件為：(2.14)(2.15)kn2πR=m.2π(2.14)(2.15)0eff從而諧振波長為：λ=n 2πR/mmeff式中m為任意非零整數(shù)。諧振波長是微環(huán)諧振器非常重要的一個方面，實際應用中，通常要求對諧振波長有非常精確的控制，但設計上的偏差和目前的制作工藝水平都使得諧振波長的精確控制難以實現(xiàn)，因此，較好的做法是通過后期處理來達到所需的諧振波長微環(huán)諧振半徑由式(2.12)得到微環(huán)的諧振半徑R為：

R=*

2πneff(2.16)該式表明，當諧振級數(shù)m確定時，一定波長的信號光只能在半徑確定的微環(huán)(2.16)中產(chǎn)生諧振；如果選取的諧振級數(shù)m不同，一定波長的信號光可以產(chǎn)生諧振的微環(huán)半徑也相應地改變。半徑-波長色散方程某一波長的信號光在微環(huán)中諧振時必須滿足微環(huán)諧振方程(2.12)，不同波長的光所對應的導模的有效折射率neff切互不相同，諧振時所對應的微環(huán)半徑R也互不相同，因此式(2.16)是波長λ的函數(shù)，R=R(λ)、nf=neJλ).令諧振波長改變^λ時，微環(huán)諧振半徑改變?yōu)椤鱮，將(2.12)式對波長λ求導數(shù)，可得微環(huán)諧振器的半徑-波長色散方程為:dRmn

= dλ2πn2eff式中ng為波導的群折射率，定義為：dnn=n-λ—f

gefdλ自由光譜范圍FSR自由光譜范圍FSR指的是兩相鄰諧振波長之差，由(2.13)式：m+1=n(λ)2πR/λ,m=n(λ)2πR/λefm+1 m+1 efm m于是得到：FSR=λ-λ=λ2∕2πnR

m+1 m g(2.16)(2.17)(2.18)(2.19)dn(2.16)(2.17)(2.18)(2.19)n=n-λ—fg ef dλ為有效群折射率。從(2.19)式可以看出，F(xiàn)SR與環(huán)半徑成反比，要增大自由光譜范圍，就需要減小環(huán)半徑。在光波分復用系統(tǒng)中，為了在下載某一個信道時不影響其它的信道，微環(huán)諧振器的自由光譜范圍必須大于系統(tǒng)的總帶寬，目前摻鉺光纖放大器的帶寬為30nm，對硅基材料，自由光譜范圍大于

該值要求環(huán)半徑至少小于5um，而對聚合物材料要求環(huán)半徑至少小于9um。要指出的是，減小環(huán)半徑并不是增大FSR的唯一的辦法，通過采用雙環(huán)結(jié)構(gòu)也能夠?qū)崿F(xiàn)。諧振峰半高全寬微環(huán)諧振器的諧振峰半高全寬(fullbandwidthathalf-maximum)定義為諧振峰兩側(cè)Drop端輸出功率為峰值功率一半的兩光波的波長差(或頻率差)，用dB表示時對應3dB處，因而又稱之為3dB帶寬。令3dB處對應波長分別為\、λ"由半高全寬定義：ID(λ-)∣2ID(λ-)∣2= m 1-2α匕小2l從(2.20)式我們有:勺叫2股cosI4π2neff(λ-)R/λ-]+α2111∣2∣t22∣2mm附2*J2a

2(1-α匕巾2∣)2(2.20)TOC\o"1-5"\h\z1-cosΓ4π2n(λ-)R/λ-^∣effm m=1-cosΓm2π-4π2n(λ-)R/λ-^∣effm m=1-cosΓ4π2n(λ-)R/λ-4π2n(λ-)R/λ-leffm m effm m≈∣4π2n(λ)R/λ-4π2n(λ-)R/λ-l2/2effm m effm m4π2nR(λ-λ-)/λ2]2/2=-gmmm(1-αM4π2nR(λ-λ-)/λ2]2/2=-gmmm(1-αMt」)2

2叱1，2∣ng為群折射率。最后可得：λ-λ-mmλ2m4π2nRg.1-αt」t』同理可得：λ+-λmmλ2m4π2nRg.1-αw』

αHt』于是我們可以得到微環(huán)諧振器半高全寬為：?λ =」^1-αHt」FWHM2π2nR,αIt]?tIλQ= q?λFWHM2πRneffFλ(2.21)(2.22)(2.23)(2.24)2.3本章小結(jié)本章詳細介紹了微環(huán)諧振器的基本理論基礎(chǔ)，并列舉了微環(huán)諧振器的各項性能參數(shù)極其推導過程，這些都是下文軟件仿真模擬的重要參數(shù)。第三章仿真模擬分析微環(huán)諧振器的各種結(jié)構(gòu)參數(shù)（波長，諧振腔長度，材料特性等）界定了微環(huán)諧振器的特性。在本章中我們利用OPTIWAVE軟件來對微環(huán)諧振器進行模擬仿真。OPTIWAVE軟件簡介OPTIWAVE是一套功能強大、使用者界面友善且可利用計算機輔助設計的設計仿真軟件，并可設計及解決不同的積體及光纖導波問題。FDTD法是其的核心，是一種一步接著一步來仿真光通過任何波導物質(zhì)的行為，在積體光學及光纖光學中，當光傳播經(jīng)過可傳導的結(jié)構(gòu)時，其光場可以在任一點被追蹤出來，F(xiàn)DTD可以允許觀察任一點被仿真出的光場分布，而且可以容許同時檢查輻射光及被傳播的光場。光學波導是光組件中的重要組件，它可以在光訊號中扮演傳導、耦合、開關(guān)、分光、多任務及解多任務的角色，被動波導、電光組件、發(fā)射器、接收器及電子部分裝置被集成于一個芯片上，使用的技術(shù)為平面技術(shù)，其就好像微電子的技術(shù)。OPTIWAVE是一套使用者界面非常友善的軟件，它可以在二維及三維的波導組件上仿真光的傳播，且OPTIWAVE三維仿真提供了任何所需要的步階折射率（StepIndex）的波導設計。OPTIWAVE軟件的基本操作我們以模擬仿真我們將要進行模擬的簡單微環(huán)諧振器的參數(shù)為例。打開OPTIWAVE軟件，打開后的界面如圖3.1。

圖3.1打開后界面在file菜單下選擇New，新建一個模擬如圖3.2。圖3.2新建一個模擬界面然后點擊ProfilesAndMaterials如圖3.3。圖3.3ProfilesAndMaterials界面在Materials里右擊FDTD-Dielectric,然后選擇New如圖3.4。

圖3.4FDTD-Dielectric界面按照設定好的參數(shù)輸入波長：2.0，名字：WAVEGUIDE2.0，折射率2.0，然后在點擊保存，在FDTD-Dielectric界面下，雙擊Air如圖4.5。圖3.5雙擊Air后的界面現(xiàn)在定義2D跟3D通道參數(shù)，在Profiles里右擊Channel選擇New如圖3.6。

圖3.62D跟3D通道圖按照步驟繼續(xù)設置參數(shù)最最后新建界面如圖3.7圖3.7新建完成后的界面現(xiàn)在我們畫波導圖形，在Draw菜單里選擇LinearWaveguide后畫出線性波導，對其設置參數(shù)，同樣在Draw菜單里選擇RingWaveguide畫出環(huán)形波導對其設定參數(shù)后如圖3.8。

圖3.8畫出的線性波導跟環(huán)形波導現(xiàn)在我們再設置輸入平面，在Draw里選擇VerticalInputPlane，然后設置其參數(shù)后如圖3.9。圖3.9輸入平面設置后的界面現(xiàn)在可以對個微環(huán)諧振器進行研究，3D折射率系數(shù)分布圖如圖3.10。

圖3.103D折射率分布圖3D模擬結(jié)果如圖3.11。R≡d> nOOOMO0.000000圖3.113D模擬結(jié)果利用Optiwave軟件對FDTD模擬仿真分析對微環(huán)諧振器的數(shù)值模擬有兩種方法。一種方法是用有限時域差分法(FDTD，F(xiàn)inite-DifferenceTimeDomain)。這種方法的優(yōu)點是簡單直觀，缺點是占用計算機的內(nèi)存太大，并且計算的時間長；另一種方法是采用光線傳輸法(BPM,BeamPropagationMethod)計算彎曲波導的有效折射率，并用BPM計算能量的耦合系數(shù)，這種方法的優(yōu)點是方便，快捷，計算時間短，而且不會占用計算機較大的內(nèi)存。但是其對波導的散射損耗，這種方法難以精確的計算。鑒于FDTD的優(yōu)點跟實際操作環(huán)境的情況，本文將用軟件對FDTD數(shù)值模擬仿真分析。有限時域差分法(FDTD，F(xiàn)inite-DifferenceTimeDomain)簡介FDTD算法是K.S.Yee于1966年提出的,直接對麥克斯韋方程作差分處理,來解決電磁脈沖在電磁介質(zhì)中傳播和反射問題的算法。基本思想是：FDTD計算域空間節(jié)點采用元胞的方法，同時電場和磁場節(jié)點空間與時間上都采用交錯抽樣；把整個計算域劃分成包括散射體的總場區(qū)以及只有反射波的散射場區(qū)，這兩個區(qū)域是以連接邊界相連接，最外邊是采用特殊的吸收邊界，同時在這兩個邊界之間有個輸出邊界，用于近、遠場轉(zhuǎn)換；在連接邊界上采用連接邊界條件加入入射波，從而使得入射波限制在總場區(qū)域；在吸收邊界上采用吸收邊界條件，盡量消除反射波在吸收邊界上的非物理性反射波。FDTD算法，其空間節(jié)點采用元胞的方法，電場和磁場節(jié)點空間與時間上都采用交錯抽樣，因而使得麥克斯韋旋度方程離散后構(gòu)成顯式差分方程，相比較與前面的波動方程求解，計算得到大大簡化。由于FDTD采用吸收邊界條件的方法，使得計算可以在有限的空間范圍內(nèi)進行，這樣就可以降低程序?qū)τ嬎銠C硬件的要求。用FDTD對微環(huán)諧振器進行模擬的方法是，如圖3.12，在微環(huán)的A端口輸入一個高斯脈沖，在微環(huán)的B端(Though端)和c端(Drop端)設置一個監(jiān)視器，監(jiān)視能量(或overlap)φ(r,t)隨時間的變化，然后將φ(r,t)這個隨時間變化的量作Fourier變換。寫出表達式，即(3.1)φ(r,ω)=A∑tsφ(r,t)eωtdt(3.1)t=0式中φ(r,t)是監(jiān)視器監(jiān)視的量，ts是模擬時間(simulationstoptime)，ω是頻率。實質(zhì)是，一個脈沖信號是多個頻率信號的疊加，也就是把時域信號變換成了頻域信號。在對這個信號作Fourier變換時，常常采用快速Fourier變換(FFT，F(xiàn)astFourierTransformation)，這種變換是把監(jiān)視量在模擬結(jié)束后進行處理，所以要存儲監(jiān)視量所有時刻的值，因此FFT對計算機內(nèi)存的占用量會很大。Fourier變換得到的頻譜的分辨率與模擬時間成反比，也就是模擬時間越長，頻譜的分辨率越高。

利用Optiwave軟件的模擬下面利用Optiwave對圖3.12進行模擬仿真得到如圖3.13的平面圖。可。然 12陪∣4tOOO∣6.0OD圖3.13Optiwave∣4tOOO∣6.0ODRef.Idx圖3.143D折射率分布圖對其模擬的3D折射率分布圖如圖Ref.Idx圖3.143D折射率分布圖3D模擬二維傅里葉分布圖如圖4.15。DFTEy圖4.153D模擬二維傅里葉分布圖從這幅圖我們可以看出耦合效果還是相當不錯的。仿真結(jié)果分析模擬時間的影響當環(huán)中達到穩(wěn)態(tài)分布時，需要較長的時間。同樣道理，只有輸入的高斯脈沖在環(huán)中完全消散時，得到的Fourier變換才可能是正確的（因為還要保證足夠長的模擬時間，因為頻譜的分辨率與模擬時間成正比，時間越長，分辨率越高）。圖3.15給出了不同的模擬時間下，采用FDTD模擬的一個微環(huán)諧振器的傳輸特性。具體的模擬參數(shù)為：R=1.7um,Width=0.2um,Gap=0.2um,Ax=?z=0.O2um,timestep=0.0135圖3.15FDTD模擬時間對微環(huán)諧振器的輸出譜線的影響W≡vw<?ngm(μ∣?)(d)圖3.15FDTD模擬時間對微環(huán)諧振器的輸出譜線的影響W≡vw<?ngm(μ∣?)(d)(a)模擬時間2^14*fdtd_time_step(b)模擬時間2^16*fdtd_time_step(c)模擬時同2^17*fdtd_time_step(d)模擬時問2^20*fdtd_time_step圖3.15中可以看出，只有在模擬時間為2^20*fdtd_time_step時，諧振波長處Though端的輸出才接近于0，Drop端的輸出才接近于1（因為彎曲損耗很小）。當模擬時間較短的時，Drop端口并未達到穩(wěn)態(tài)，所以圖3.15（a）中的Though端的輸出會大于1。高斯脈沖需在環(huán)中循環(huán)多次，最終完全消散，才達到穩(wěn)態(tài)。但是由于頻譜的最小頻率間隔?f與模擬時間的倒數(shù)1/ts成正比（ts是模擬時間），所以要得到高分辨率的頻域響應譜線，就需要較長的模擬時間。模擬時間的影響Optiwave軟件中FffrD部分有個選項，F(xiàn)FTMAXPow2，它的用途是當監(jiān)視量在一定時間后為0時，可以自動拓寬監(jiān)視時間，將一定時問以后的量都設為0。這個選項可以節(jié)省模擬時間，增加頻譜的分辨率。但用這個選項的前提是輸出己達到穩(wěn)態(tài)。

圖3.16中(b)，F(xiàn)FTMAXPow2設置4，意味著模擬時間被擴展為原來24，明顯，圖3.16(b)，F(xiàn)FTMAXPow2的設置增強了頻譜的分辨率。0.2Mw?rM^h(*jn)-N?wJ□ng2?Vavβ?rtp0ι(μm)0.2Mw?rM^h(*jn)-N?wJ□ng2?Vavβ?rtp0ι(μm)圖3.16利用軟件的FFTMAXPow2選項增強微環(huán)諧振器的輸出譜線的分辨率(a)模擬時間2^17*fdtd_time_step(b)模擬時間2^17*fdtd_time_stepFFTMAXPow2選項設置為4波導粗糙散射損耗與彎曲半徑關(guān)系圖3.17不回波導寬度下，波導粗糙散射損耗與彎曲半徑關(guān)系曲線圖3.17不回波導寬度下，波導粗糙散射損耗與彎曲半徑關(guān)系曲線微環(huán)諧振腔的傳輸損耗通過傳輸因子而體現(xiàn)在其傳遞函數(shù)中，傳輸因子Q表示光場在諧振腔內(nèi)傳輸一周后光場振幅的剩余量，因此傳輸因子直接體現(xiàn)了諧振腔總的周損耗，所以為了獲得最佳傳輸曲線，就要求實現(xiàn)最小的周傳輸損耗。通過上面對三種主要損耗的分析，我們可以得不同波導寬度時，總的局傳輸損耗和彎曲半徑間的曲線關(guān)系，如圖3.18所示。

—w=2pm—W-3μm—w?4μm2(gp)招口I?十口十ofi65S7—w=2pm—W-3μm—w?4μm2(gp)招口I?十口十ofi65S7 8R*10D(um)6IC圖3.18波導微環(huán)諧振腔總損耗與彎曲半徑的關(guān)系曲線綜上分析可以看出，波導寬度為3um時，在彎曲半徑R=50um附近有最小的損耗值。本章小結(jié)本章詳細介紹了Optiwave軟件的操作過程，并選擇了FDTD對微環(huán)諧振器進行了模擬仿真，然后對仿真結(jié)果進行分析其各項參數(shù)對仿真圖像的影響。結(jié)論微環(huán)諧振器具有體積小，抗干擾能力強，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的種種優(yōu)點，使其在集成光學和光纖通訊方面具有極其重要的作用。本文首先簡單介紹了微環(huán)諧振器的基本特點，然后介紹了微環(huán)諧振器在實際中的各種應用，最好介紹了微環(huán)諧振器的發(fā)展史，接著系統(tǒng)理論的分析了微環(huán)諧振器的基本原理和具體性能參數(shù)，鑒于微環(huán)諧振器的重要性，我們通過OPTIWAVE軟件運用FDTD法對微環(huán)諧振器進行了系統(tǒng)的模擬仿真，并分析了其各項參數(shù)對模擬結(jié)果的影響。由數(shù)據(jù)分析我們知道，首先我們需要有足夠的模擬時間得到清晰地模擬結(jié)果，其次對于彎曲半徑而言，為了達到損耗最低的要求，我們選中適中的微環(huán)諧振器半徑。致謝本論文的研究工作是在佟老師的親切關(guān)懷和悉心指導下完成的,從論文的選題、研究、審查直至完成無不傾注著導師的心血。在論文的完成過程中，佟老師一直關(guān)注著論文進度，指出內(nèi)容中的不足，他精益求精的科學態(tài)度、嚴謹踏實的治學態(tài)度、樸實謙遜的作風、平易近人的風范，使我終生受益。衷心感謝江蘇大學機械學院各位領(lǐng)導和老師的關(guān)心與支持。衷心感謝在百忙中為審閱本文而付出辛勤勞動的各位老師。衷心感謝光信息0601各位同學的幫助和支持。最后最誠摯的謝意還要送給我的父母和家人。感謝他們一直以來對我無微不至的關(guān)懷、殷切的期望、始終如一的支持和鼓勵，使我能夠時刻充滿信心和勇氣面對生活、學習，迎接挑戰(zhàn)，順利完成學士學業(yè)。參考文獻：劉光輝.新型聚合物波導微環(huán)諧振器設計與制作.大連理工大學，2008，6(1-11).E.A.J.Marcatili.Bendsinopticaldielectricguides．BellSyst.Tech